Молекулярную машину заставили работать от энергии света

В 2016 году за создание молекулярных машин дали Нобелевскую премию по химии. Прошлые подобные механизмы двигались за счет энергии тепла и химической реакции. Теперь ими научились управлять с помощью света.

Молекулярные машины — относительно недавно возникшее направление исследований. Эти молекулы имеют размер в несколько нанометров и могут двигаться или совершать работу под действием энергии тепла или химической реакции. Теперь химики смогли создать молекулярную машину, которая совершает работу под действием лазерного света.

Эта новая молекула создана из оптической материи, в которой металлические наночастицы удерживаются вместе светом, а не химическими связями, как в привычном нам веществе. В оптической материи лазерный свет создает взаимодействия между металлическими наночастицами, которые намного меньше длины его волны. Эти взаимодействия заставляют частицы самособираться в упорядоченные массивы. Такой принцип похож на работу оптических пинцетов, в которых свет используется для удержания и манипулирования частицами, биологически активными молекулами и клетками.

Ранее ученые обнаружили, что когда оптическая материя подвергается воздействию света с круговой поляризацией, она начинает вращаться как твердое тело в направлении, противоположном направлению поляризации. Другими словами, когда падающий свет вращается в одну сторону, оптическая материя начинает вращаться в другую. Этот эффект химики использовали для создания своей машины.

Принцип работы новой молекулярной машины похож на работу механической муфты, в которой один вал вращается в своем направлении, а второй — в противоположном. Машина на оптической материи использует лазерный свет с круговой поляризацией, чтобы создать массив наночастиц, который действует как большая шестерня, вращаясь в оптическом поле. Этот «оптический механизм» преобразует свет в момент вращения, благодаря чему массив наночастиц начинает вращаться в направлении, противоположном поляризации света.

На данный момент исследователи выяснили, что наиболее эффективны машины, которые состоят из восьми наночастиц. В будущем ученые планируют рассмотреть системы с большим количеством звеньев и попробовать создать машины из наночастиц различных материалов.