Stichting FOM
Ontwerp voor kleinste elektromotor
Onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM hebben een ontwerp
voor de kleinste elektromotor ter wereld op papier gezet. De motor
bestaat uit slechts één molecuul en wordt niet aangedreven door licht
of warmte (zoals eerdere ontwerpen), maar door een elektrisch veld.
Doordat het veld het lokaal aangebracht kan worden, is de aandrijving
van een enkel molecuul mogelijk. De snelheid van de motor kan
nauwkeurig gecontroleerd worden door de frequentie van het veld aan te
passen. In principe zouden snelheden tot in het GHz-regime mogelijk
moeten zijn. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in ACS Nano.
Figuur 1. Ontwerp van een elektrisch aangedreven moleculaire motor.
vergroten Figuur 1. Ontwerp van een elektrisch aangedreven moleculaire
motor.
Het centrale gedeelte van de motor heeft positieve (rood) en negatieve
(blauw) ladingen aan de uiteinden, waardoor het een dipoolmoment
krijgt. Door middel van een wisselspanning op de gate-elektrode (Vg)
kan de rotor in beweging worden gezet. De weerstand van het molecuul
tijdens de rotatie kan worden gemeten met behulp van twee
goud-elektroden.
De motor bestaat uit een molecuul dat boven een gate-elektrode
geplaatst wordt en wordt ingeklemd tussen twee goud-elektroden (zie
figuur 1). Het centrale gedeelte van het molecuul, de rotor, heeft een
dipoolmoment. Door een wisselspanning op de gate te zetten kan de rotor
in beweging worden gebracht. Een van de grote uitdagingen van
moleculaire motoren is de detectie van de rotatie, vooral als het gaat
om een enkel molecuul. De voorgestelde motor maakt gebruik van de
gevoeligheid van de weerstand voor de rotorpositie. In rust is de
weerstand laag; wanneer de rotor draait ten opzichte van de rest van
het molecuul neemt de weerstand sterk toe. Hierdoor is het mogelijk de
beweging van de motor real-time te meten.
Vooralsnog bestaat de motor alleen op papier, alhoewel bepaalde
aspecten van het ontwerp al experimenteel zijn aangetoond. Berekeningen
laten zien dat de voorgestelde motor aan te drijven en te meten moet
zijn met bestaande meetopstellingen. Er wordt inmiddels hard gewerkt
aan de realisatie van het ontwerp. Toepassingen zijn voorlopig nog ver
weg, maar er valt te denken aan pompachtige transportmechanismen zoals
die ook bestaan in membranen in levende cellen.
Contact
Jos Seldenthuis (Molecular Electronics and Devices, Kavli Institute of
Nanoscience, Delft University of Technology), (015) 278 20 81
Ferry Prins (Molecular Electronics and Devices, Kavli Institute of
Nanoscience, Delft University of Technology), (015) 278 13 17
Isabel Poyck (FOM), (030) 600 12 21
Referentie
J. S. Seldenthuis, F. Prins, J. M. Thijssen, H. S. J. van der Zant, 'An
All-Electric Single-Molecule Motor', ACS Nano 2010, 4 (11), pp
6681-6686, http://dx.doi.org/10.1021/nn1021499
http://dx.doi.org/10.1021/nn1021499