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Rekordverdächtig

US-Wissenschaftler bauen Elektromotor aus einem Molekül

Wissenschaftler in den USA haben einen neuartigen Nanomotor entwickelt. Es ist nach ihren Angaben der erste elektrisch betriebene Nanomotor und gleichzeitig der kleinste Motor der Welt.

Artikel veröffentlicht am ,
Schema des Nanomotors
Schema des Nanomotors (Bild: Tufts University)

Wissenschaftler der Tufts-Universität in Medford im US-Bundesstaat Massachusetts haben einen winzigen Elektromotor entwickelt. Es sei der erste Motor, der nur aus einem einzigen Molekül bestehe, erklärten die Forscher um den Chemiker Charles Sykes.

Reif fürs Guinness-Buch

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Motoren im molekularen Maßstab gebe es bereits einige, die mit Licht oder durch chemische Reaktionen angetrieben würden, schreiben die Wissenschaftler im britischen Fachmagazin Nature Nanotechnology. Ein elektrisch betriebener Motor sei bis jetzt nur theoretisch beschrieben worden. Der von ihnen konstruierte Motor misst nur 1 Nanometer - der bisher kleinste Nanomotor war 200-mal größer. Die Forscher um Sykes überlegen deshalb, ihn für das Guinness-Buch der Rekorde anzumelden.

Motor mit Armen

Der Motor besteht aus einem Butylmethylsulfid-Molekül, das auf einem Substrat aus leitfähigem Kupfer sitzt. Das Schwefelatom im Zentrum des Moleküls verankert sich auf dem Kupfer. Von dem Schwefel gehen zwei Arme aus Kohlestoffteilchen ab, an den Wasserstoffteilchen sitzen. Der eine Arm besteht aus vier, der andere aus einem Kohlenstoffteilchen.

Gesteuert wird der Motor mit Hilfe eines Niedrigtemperatur-Rastertunnelmikroskops (Low-Temperature Scanning Tunneling Microscope, LT-STM): Über die Metallspitze des LT-STM wird eine elektrische Spannung an das Molekül angelegt. Daraufhin rotiert das Molekül um die Bindung zwischen dem Schwefel und dem Kupfer.

Temperatur macht Geschwindigkeit

Drehrichtung und -geschwindigkeit des Nanomotors sind von der Temperatur abhängig: Je höher diese ist, desto schneller rotierte der Motor, was es schwieriger macht, ihn zu kontrollieren. Die ideale Temperatur, um den Motor zu betreiben, sind, so fanden die Wissenschaftler heraus, frostige 5 Kelvin, etwa minus 268 Grad Celsius.

Diese Temperatur mache auch den Einsatz des Motors schwierig, geben die Entwickler zu. Anwendungsmöglichkeiten gebe es aber viele. "Sobald wir die für das Funktionieren dieser Motoren nötige Temperatur besser im Griff haben, könnte es Anwendungen in verschiedenen Mess- oder medizinischen Geräten mit kleinen Röhren geben", erklärt Sykes. Die Reibung einer Flüssigkeit an den Wänden der Röhren steige in diesen Größenordnungen. Würden die Röhren mit diesen Motoren ausgestattet, dann könnten sie die Flüssigkeiten hindurch pumpen. Eine andere Möglichkeit sei, den Nanomotor als Teil eines Digitalfilters, wie er beispielsweise in Mobiltelefonen vorkommt, zu verwenden.



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