מכון ויצמן בנה גרסה מולקולרית לבורג של ארכימדס

בורג ארכימדס הוא המצאה בת יותר מאלפיים שנה: מעין חילזון ענק עם להב סלילי שמסתובב סביב ציר ומשאיב מים. בעשורים האחרונים משתמשים בו גם כטורבינה בתחנות כוח הידרואלקטריות. חוקרים ממכון ויצמן למדע ועמיתיהם יצרו עכשיו גרסה מולקולרית שלו, וגילו קשר מפתיע בין זרם חשמלי לתנועה סיבובית.

במעבדה של פרופ׳ אורן טל תלו החוקרים מולקולה אורגנית סלילית בודדת בין שתי אלקטרודות זהב, בטמפרטורה קרובה לאפס המוחלט. כשהפעילו מתח בין האלקטרודות הם זיהו קפיצות מחזוריות בזרם שעובר במולקולה, והרצף שלהן העיד על סיבוב בכיוון אחד. כשהפכו את כיוון הזרם, גם רצף הקפיצות התהפך, והמולקולה הסתובבה לכיוון ההפוך.

ההפתעה הגדולה הגיעה כשהגדילו את המתח: מעל סף מסוים הזרם במולקולה זינק עד פי מאה. לפי חישובי החוקרים, הזינוק קורה כשהמולקולה עוברת מקפיצות סיבוביות עוקבות לסיבוב רציף, שמקל על מעבר האלקטרונים. את הסף אפשר לשלוט בו על ידי מתיחה או דחיסה של המולקולה, בדומה לשינוי זווית הלהבים בטורבינה. החוקרים הצליחו לשנות את המרחק בין האלקטרודות בצעדים קטנים מ 0.1 ננומטר.

המחקר נוהל על ידי ד״ר אניל קומאר סינג, שערך את הניסויים במכון ויצמן בעת הפוסט דוקטורט שלו והוא כיום חבר סגל במכון הטכנולוגי ההודי במדרס. בפרויקט שיתפו פעולה קבוצות מאוניברסיטת אוגסבורג בגרמניה, מאוניברסיטת קופנהגן בדנמרק ומאוניברסיטת הואז׳ונג למדע וטכנולוגיה בסין. הקבוצה בקופנהגן יצרה את המולקולות, והאחרות ביצעו את החישובים התאורטיים.

לדברי החוקרים, הממצאים מדגימים עיקרון הפעלה חדש לננו מכונות: הזרם החשמלי מניע את סיבוב המולקולה, והסיבוב בתורו משפר את ההולכה החשמלית, כך שיותר זרם עובר במולקולה באותו מתח.