Американцы обнаружили молекулы, которые умеют совершать квантовое механическое тунеллирование

// // Новое //

Ученые университета Калифорнии недавно выступили с необычным сообщением: молекулярные машины могут быть способны совершать квантовое механическое тунеллирование. Ранее считалось, что этот эффект можно наблюдать только у электронов и отдельных атомов, однако исследователям удалось выяснить, что сложные молекулы также могут использовать этот принцип для перемещения.

В естественной природной среде молекулярные механизмы встречаются во множестве. Нанотехнологии позволяют не только наблюдать, но и участвовать в этом процессе. Например, желудочная кислота поступает в желудок из крошечных клеточных насосов, выстилающих стенки желудка. Белки внутри клеток перемещаются с помощью молекулярных двигателей. Впрочем, все природные наномашины такого рода состоят из тысяч атомов и их поведение не представляется возможным точно смоделировать на компьютере. Ученые из университета Калифорнии под руководством Людвига Бартелза поставили своей целью изучение базовых принципаов, которые лежат в основе этих машин, чтобы создать искусственные устройства. Так, ими было сконструированы молекулы, способные перемещаться по поверхности медного листа в вакууме и перевозить при этом груз.

Однако, как отмечает сам Людвиг Бартелз, такая модель очень примитивна, поскольку в естественной среде наномашины перемещаются не в двух, а в трех измерениях и постоянно контактируют с множеством различных молекул. Двумя годами ранее Бартелз и его коллеги выяснили, что молекулы антрахиона, вещества, используемого в целлюлозной промышленности, могут перемещаться по прямой линии по поверхности медного листа. Это было интересным наблюдением, поскольку обычно молекулы перемещаются по хаотическим траекториям. Кроме того, молекулы антрахиона способны присоединять молекулы двуокиси углерода к своим двум атомам кислорода, которые образуют нечто вроде «ножек» и перемещаться с этим грузом. Высокая скорость перемещения молекулы озадачила ученых. Затем исследователи перешли к наблюдениям за молекулами пентацентетрона, который имеет не две, а четыре «ножки». К удивлению ученых, «четвероногая» молекула, движение которой можно было сравнить с движением лошади, идущей иноходью – вначале перемещаются два атома по одной стороне, затем по другой, двигалась в миллион раз медленней, чем «двуногая» молекула антрахиона. Ученые заявляют, что такая огромная разница в скоростях перемещения вызвана тем, что части молекулы антразхиона тунеллируют через препятствия на пути движения, а не перебираются через них. В то же время молекула, имеющая четыре «ножки» не может координировать их таким образом, чтобы они одновременно совершали тунеллирование через препятствие и молекула просто механически перемещается.

«С точки зрения перемещения это необычайно удобно», - говорит Бартелз. «Представьте себе, что колеса вашей машины проходят сквозь все ухабы и рытвины, когда вы едете по проселочной дороге. Согласно квантовой механике, совершать такое способны маленькие частицы, например, электроны или атомы водорода, но, как выясняется, тунеллировать могут и большие молекулы». Наномашины, способные к такому перемещению, могут оказаться очень востребованы в микроэлектронике, например, в устройствах хранения информации, или в медицине для транспортировки лекарств. Ученые, впрочем, говорят, что в ближайшее десятилетие вряд ли удастся создать искусственно тунеллирующее наноустройство. В настоящее время группа Бартелза планирует сконструировать длинные молекулы, которые можно будет перемещать с помощью света.

На правах рекламы: архитектурное проектирование и строительство бассейнов от компании Moscow Pools, в этом году отпраздновавшей свое 10-ти летие.