„Damit sich Moleküle auf einer Oberfläche in eine gewünschte Richtung bewegen, müssen sie eigentlich durch Schieben und Ziehen mit der atomar scharfen Spitze eines Rastertunnelmikroskops gelenkt werden“, beschreibt Grill die Ausgangslage für die neue Entwicklung. „Normalerweise bewegen sich Objekte auf der atomaren Skala nämlich immer statistisch verteilt in mehrere Richtungen, also zum Beispiel vor und zurück.“ Die nächste Generation „fährt“ nun mit hundertprozentiger Effizienz auf der vorgegebenen Bahn zum Ziel, sobald sie angeregt wird.
Erst die Straße macht das Auto
Die neuen molekularen Maschinen benötigen dabei keinen komplizierten eingebauten Motor, sondern erhalten ihre Antriebsfunktion in Kombination mit der Oberfläche. Dadurch haben sie eine wesentlich einfachere chemische Struktur und sind folglich leichter herzustellen. Der atomare Aufbau des „Straßenbelags“, also der Oberfläche, spielt dabei eine wichtige Rolle. „Das haben uns die Berechnungen unseres Kooperationspartners an der Universität Liverpool gezeigt“, ergänzt Grill.
Die Wissenschafter:innen bewiesen außerdem, dass diese Nano-Maschinen echte Arbeit verrichten können, in dem sie einzelne Kohlenmonoxid-Moleküle als „Fracht“ von einem Ort auf der Oberfläche zu einem anderen transportieren, und zwar immer perfekt direktional. Beide Eigenschaften eröffnen völlig neue Anwendungsmöglichkeiten.
Leonhard Grill und sein Team vom Institut für Chemie der Universität Graz forschen seit Jahren an molekularen Motoren, die von außen zugeführte Energie in gerichtete Bewegung umwandeln können. Fernziel ist die Entwicklung von Nano-Maschinen für verschiedenste technologische Bereiche. Für sein Projekt „Adsorbate Motors: Tricking Microscopic Reversibility on Surfaces“ erhielt Grill heuer bereits einen mit 2,5 Millionen Euro dotierten ERC Advanced Grant.
Publikation:
G. J. Simpson, M. Persson, L. Grill „Adsorbate motors for uni-directional translation and transport "
Nature, DOI: 10.1038/s41586-023-06384-y (2023)
Details zur Arbeitsgruppe: www.nanograz.com
