科學(xué)家用光驅(qū)動，每小時23納米的最高速度

　　萊斯大學(xué)和奧地利格拉茨大學(xué)的科學(xué)家用光來驅(qū)動了單分子三輪納米跑車，并且首次看到了它們是如何移動的。

　　納米小車的發(fā)明者和化學(xué)家James Tour的實驗室在六年前合成了光驅(qū)動的納米小車，但在奧地利實驗物理學(xué)家的幫助下，他們現(xiàn)在能夠同時驅(qū)動一個單分子車的車隊了。

　　關(guān)于這項工作的一份研究報告發(fā)表在了美國化學(xué)學(xué)會的期刊《ACS Nano》上。

　　“看到機(jī)動化的納米跑車可以通過光激活的馬達(dá)來推動，還是挺讓人興奮的，”Tour說，他在2005年提出了納米小車的概念，并在一年之后實現(xiàn)了機(jī)動化。“這些三輪車是觀察到的第一批用任何方法來推動其跨越表面的光驅(qū)動納米車，更不要說使用的是掃描隧道顯微鏡了。”

　　在即將在法國圖盧茲舉行的國際納米車大賽上，與其他人用化學(xué)或隧道顯微鏡的尖端來驅(qū)動車輛不同，萊斯大學(xué)的研究人員利用特定波長的光來使他們的納米跑車沿著銅表面移動。這些車具有后輪分子發(fā)動機(jī)，其在被光擊中的時候會沿著一個方向旋轉(zhuǎn)。這種旋轉(zhuǎn)就像螺旋槳在水里一樣推動車輛前進(jìn)。

　　這個由Tour和Leonhard Grill——曾任職于柏林的弗里茨-哈伯研究所的格拉茨大學(xué)的教授——領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊，使用了由荷蘭科學(xué)家Bernard Feringa發(fā)明的波長敏感的改良版馬達(dá)，他也因為在分子機(jī)器上的研究分享了今年的諾貝爾化學(xué)獎。

　　遠(yuǎn)程控制對于這些車輛的有用性來說至關(guān)重要。“如果我們必須用‘線‘——例如電子束——將車輛與電源連接起來，那么我們將失去很多的汽車功能，”Tour說。“用光來給它們提供能量，可以使它們開到任何一個光能照到的地方——最終我們希望它們能運(yùn)載貨物。”

　　另一個優(yōu)勢是可以一次驅(qū)動一個納米小汽車車隊的能力。“這正是我們尋求的——用光來激活電機(jī)和使納米車群越過表面，通過電場梯度使其具有方向性，”Tour說。“這將使得我們能夠暢想這樣一個像螞蟻一樣使用納米機(jī)器的場景，讓它們來共同完成建設(shè)工作。”

　　Grill說，通過光來遠(yuǎn)程控制車輛，使我們不再需要需要逐個與分子對應(yīng)起來的局域化的探針。“此外，不再需要會污染表面和改變擴(kuò)散特性的‘燃料’分子”他說。

　　Tour使用了改良版的Feringa馬達(dá)來為他實驗室的納米潛水泵提供動力。在這個例子中，該馬達(dá)是后輪。據(jù)Grill說，三輪的結(jié)構(gòu)簡化了它的使用，因為較大的納米小車更難放置在設(shè)想的表面上，其在真空狀態(tài)下沉積的過程中常常會游離出來。

　　由第一作者，Grill組里的Alex Saywell在萊斯大學(xué)制作的納米跑車上進(jìn)行的實驗證明，為了在真空中得到“增強(qiáng)擴(kuò)散”，需要光照和溫度上的良好的平衡。

　　Grill說用光驅(qū)動納米機(jī)器提供了一個基本的優(yōu)勢——由于電機(jī)的波長敏感性從而使得我們能夠選擇性地誘導(dǎo)運(yùn)動。266納米的紫外線相比于不用馬達(dá)控制跑車分子增加了一倍的跑車運(yùn)動。而在355納米下，則會增加兩倍。

　　這種由112個原子組成的光活化跑車，達(dá)到了每小時23納米的最高速度。

　　絕對溫度161開爾文（華氏零下170度）的表面活化溫度被證明是最好的驅(qū)動條件。如果溫度過冷，該跑車將會粘在表面上；如果太熱的話，它們即使沒有馬達(dá)的幫助也會隨機(jī)地擴(kuò)散。

　　“我們驚訝于電機(jī)的存在與運(yùn)動的增強(qiáng)之間清晰的相關(guān)性，需要光和熱來激活此運(yùn)動——與Feringa電機(jī)的概念完全一致——而解決方案中的波長敏感性在光譜學(xué)上很好地滿足了我們的預(yù)期，”Grill說。