Вибрирующая молекула в качестве двигателя

Благодаря стохастического резонансу, всего только одна молекула водорода может переместить намного больший объект. Ученые из Германии совместно с испанскими учеными разработали методику, с помощью которой это можно реализовать на практике. Группа исследователей смогла получить полезную энергию из «шума», проводя опыты с атомно-силовым микроскопом, а точнее, его наконечником, который был установлен на гибком кантиливере. Ученые считают, что тот процесс, что был обнаружен в процессе исследования, может быть использован в будущем для изготовления привода в микро- и наномашинах.

Стохастическим резонансом характеризуются многие сложные системы, в частности, живые организмы. Такое явление ответственно за «накачку» энергией. С помощью стохастического резонанса слабый периодический сигнал может усиливаться под действием окружающего «шума» Он возникает в том случае, если пики шума совпадают с пиками этого слабого периодического сигнала.

Ученые всего мира уже долгое время размышляли над тем, каким образом можно использовать такую способность. Совместная группа немецких и испанских ученых нашли ей применение, представив первые результаты проделанной работы. Исследователи продемонстрировали, как стохастическое движение молекулы водорода, которая колеблется, можно использовать, чтобы переместить крупногабаритный механический кантиливер.

Ученые использовали иглу атомно-силового микроскопа, которую установили на гибкую кварцевую консоль, напоминающую пружину. Между поверхностью меди и зондом ученые фиксировали одну водородную молекулу. Напряжение в 0,1 В, возникающее между зондом и медью заставляло молекулу двигаться между 2-мя позициями, а из-за этого консоль начинала колебаться.

Исследователи предполагают, что кантиливер двигался из-за стохастического резонанса. То есть взаимодействие колебаний молекулы и периодических движений кантиливера приводило к тому, что усиливалась передача энергии. Получается, что молекула водорода двигала осциллятор, который в 1019 раз больше молекулы по размеру.

В данном эксперименте молекула двигалась из-за электрического напряжения. Исследователи утверждают, что такого же эффекта нельзя будет добиться, используя другие энергетические источники энергии.

Научная группа полагает, что результаты их работы помогут разработать искусственные молекулярные моторы.