Arkhimedeen ruuvi yhdestä molekyylistä

(23.10.2026) Kansainvälinen fyysikkoryhmä on ensimmäistä kertaa kehittänyt molekyylisen "koneen", joka perustuu Arkhimedeen ruuvin periaatteeseen. Kierukkamaista molekyyliä pyöritetään sähkövirralla. Kun pyöriminen saavuttaa tietyn nopeuden, virta kasvaa äkillisesti jopa satakertaiseksi.

Suoraan sähkövirralla toimivia molekyylimoottoreita on ollut olemassa vuodesta 2011 lähtien. Tähän asti ne ovat kuitenkin toimineet vain pinnalla olevina molekyyleinä, joita ohjaa pyyhkäisytunnelointimikroskoopin kärki.

Uutta konettaan varten tutkijat saivat inspiraationsa yhdestä ihmiskunnan vanhimmista dokumentoiduista koneista. Tutkijat sovelsivat Arkhimedeen ruuvin periaatetta molekyylitasolla mutta veden sijaan elektronit virtaavat kierteisen rakenteen läpi, joka saa sen pyörimään.

Koneen ytimessä on kierukkamainen molekyyli, jonka professori Michael Pittelkowin tiimi Kööpenhaminan yliopistossa valmisti erityisesti tutkimusta varten. Israelissa Weizmannin tiedeinstituutin tutkijatiimi venytti yksittäisiä molekyylejä kahden atomaarisen kultakärjen välissä. Säätämällä tarkasti elektrodien välistä etäisyyttä tutkijat pystyivät venyttämään tai puristamaan molekyyliruuvia.

Mittaukset osoittivat, että molekyyli pyörii, kun siihen kytketään jännite. Pyörimissuunta oli yksiselitteinen ja sitä voitiin kääntää muuttamalla jännitteen napaisuutta. Tutkimus osoittaa siten ensimmäistä kertaa virtakäyttöisen molekyylimoottorin, jonka pyörimissuuntaa voidaan ohjata ja joka on kiinnitetty tukevasti kahteen metallielektrodiin.

Liikettä ohjaavat elektronit. Virratessaan kierukkamaisen molekyylin läpi ne siirtävät sille pyörimismäärää, aivan kuten tuuli pyörittää tuuliturbiinia. Molekyylin ”käämi” määrää suunnan, aivan kuten oikea- tai vasenkierteisen ruuvin tapauksessa. Tietyn jännittetason ylityksen jälkeen tämä liike muuttuu jatkuvaksi pyörimiseksi.

Mutta miksi pyörivä molekyyli johtaa sähköä huomattavasti paremmin kuin paikallaan pysyvä? Professori Fabian Pauly ja hänen tohtoriopiskelijansa Léon Martin ja Yuta Ito Augsburgin yliopiston teoreettisen fysiikan laitoksella tutkivat tätä kysymystä kvanttimekaanisten simulaatioiden avulla. Heidän laskelmansa osoittivat, että molekyylin pyöriminen on läheisessä yhteydessä sen johtavuuteen. Johtavuus riippuu suuresti molekyylin pyörimiskulmasta ja voi kasvaa jopa kahdella kertaluokalla pyörimisen aikana.

Löydöllä on potentiaalia molekyylielektroniikan komponenteille, spintroniikan sovelluksille ja mikrofluidistisille järjestelmille. Lisäksi tällaiset miniatyyrikoneet tarjoavat uusia mahdollisuuksia fysikaalisten prosessien tutkimiseen atomitasolla.

”Olemme osoittaneet, että sähkövirtaa voidaan käyttää suunnatun pyörimisen aikaansaamiseen ja että tämä pyöriminen puolestaan ohjaa virtaa. Tämä on uusi toimintaperiaate koneille, jotka ovat miniatyrisoinnin äärirajoilla”, Pauly selittää.

Aiheesta aiemmin:

Molekyyliantennit tehostavat molekyylikytkimiä

Lämpöenergialla jatkuvasti toimivat DNA-molekyylikoneet

Molekyylirobotit parveutuvat yhteistyöhön

Ruista ranteeseen

Pellolle jouduttuaan ohrahitusen elektroni jä odottelemaan, josko pellolle tulisi uusia tuttavuuksia.

Suprajohtavutta pala kerrallaan

Suprajohtavuudelta odotetaan paljon ja se onkin tieteilijöiden monenlaisen tutkimuksen kohteena. Mullistavia löytöjä ei viime aikoina ole tehty mutta monet pienemmät yksityiskohtaiset ilmiöt vievät aihetta eteenpäin.


Aiemmat uutiset

Europpalaisesta kvanttitietotekniikasta (23.10.2026)
Infineon Technologies AG ja ZuriQ AG, sveitsiläinen ETH Zürichistä eriytetty kvanttilaskentayritys, ilmoittivat tänään laajentavansa yhteistyötään skaalautuvan kvanttilaskentalaitteiston..

Erittäin herkkä sirutason gyroskooppi (23.10.2026)
Tutkijat ovat kehittäneet sirumittakaavan optisen rengaslasergyroskoopin, joka pystyy mittaamaan jopa 37 asteen pyörimisnopeuden tunnissa. Tämä ennätysherkkyys,..

Muistin tallentaminen sirulle, jossa on virtaavaa vettä (23.10.2026)
Kuten rypistyneiden arkkien taitokset tai äskettäin tallatun jalanjäljet hiekassa, tietyt materiaalit merkitsevät historiaansa. Nyt Yalen tutkijat osoittavat, että..

Miten kvasihiukkaset vuorovaikuttavat kiinteissä aineissa (22.10.2026)
Nykypäivän piisiruihin perustuva tietokoneteknologia on hitaasti saavuttamassa fyysiset rajansa. Siksi tiedemiehet ympäri maailmaa etsivät uusia materiaaleja, jotka..

Puunjalostusteollisuuden sivutuotteesta hiilinanokuituja natriumioniakuille (22.10.2026)
Limerickin yliopiston (UL) tutkijoiden johtama uusi tutkimus on tunnistanut uusiutuvan puuteollisuuden sivutuotteesta uuden akkumateriaalin, joka voisi auttaa vähentämään..

Optiset skyrmionit voivat ohjata magneettisia skyrmionja (21.10.2026)
Japanilaisen Wasedan yliopiston sovelletun fysiikan laitoksen professori Masahito Mochizukin ja postdoc-tutkijan Lan Bon, johtama tutkimusryhmä yritti täyttää magneettisten..

Tutkia kvanttimateriaalin muutoksia reaaliajassa (21.10.2026)
Faasimuutokset, joissa materiaalin muodostavat elektronit ja atomit järjestäytyvät yhdessä uuteen olomuotoon, synnyttävät monia kvanttimateriaalien mielenkiintoisia..

Delfiinimäistä kaikuluotausta venyvällä materiaalilla (21.10.2026)
Sungkyunkwanin yliopiston (SKKU) professori Nae-Eung Leen johtama tutkimusryhmä on kehittänyt uuden materiaalin, joka voi venyä kuin kumi ja samalla tuottaa sähköä..

Yksittäisen 2D-kiteen muuttaminen transistoriksi (20.10.2026)
Institute for Basic Sciencen (IBS) alaisuudessa toimivan Van der Waalsin kvanttikiinteiden keskuksen johtajan JO Moon-Hon johtama tutkimusryhmä on nyt osoittanut..

Transistori hallitsee, milloin salattua tietoa voidaan lukea (20.10.2026)
Joidenkin tietojen, kuten koekysymysten tai tarjoushintojen, on pysyttävä lukukelvottomina sovittuun ajankohtaan asti, vaikka ne olisi jo toimitettu. KAIST:n tutkijat..