NanoCarsRace: манипуляции частицами в атомном масштабе

Этой весной во Франции собрались четыре гоночные команды со всего мира, чтобы побороться за первый в своем роде титул. Их транспортные средства «подъехали» к стартовой линии, чтобы начать 36-часовую гонку, которая заняла меньше ширины человеческого волоса. Транспортные средства, участвующие в гонке, представляли собой изготовленные на заказ тюнеры, собранные исследователями из нескольких сотен атомов, которые движутся по поверхности золотого диска потоком электронов. NanoCarsRace является детищем двух французских исследователей, которые занимаются манипуляциями частицами в атомном масштабе.

Нанокарты приводятся в движение сканирующим туннельным микроскопом, частью высокоточного оборудования, обычно используемого для съемки отдельных атомов. Микроскоп работает, помещая чрезвычайно тонкую иглу размером в нанометр, а затем отслеживая изменения тока электронов, движущихся взад и вперед. Волна электронов, которой пользуется микроскоп, также может быть применена и в других целях, в данном случае, в продвижении крошечной атомной машины. Инструмент, используемый гонщиками, был специально модифицирован для одновременного управления четырьмя различными иглами, что позволяет машинам передвигаться в разных направлениях.

Четыре команды, отобранные из шести финалистов, встретились 28 апреля в Тулузе, чтобы опробовать крошечный чип золота с нанесенной на него наноразмерной гоночной трассой. Проекты автомобилей варьируются от узнаваемого дизайна в форме автомобиля до более абстрактных конструкций: в виде немецкой ветряной мельницы или молекулы в форме буквы Y швейцарской команды. Большинство конструкций включают молекулярные элементы, а некоторые даже утверждают, что имеют полностью функциональные колеса.

У участников было полтора дня, чтобы преодолеть расстояние около 100 нанометров или примерно в полмиллиона раз меньше, чем толщина линии от шариковой ручки. На трассе было несколько крутых поворотов. Несмотря на шорт-трек, автомобили подвергались условиям, с которыми никогда не сталкивался обычный водитель: золотая гоночная трасса охлаждена до температуры около -270 градусов по Цельсию, и гонка проходила в почти полном вакууме. Кроме того, постоянные импульсы электронов могли привести к разрушению самих автомобилей, что вынудило водителей провести радикальный ремонт прямо на ипподроме.

В то время как наноразмерные гонки могут никогда не соперничать с NASCAR, конкуренция помогает лучше понять, как создавать и использовать молекулярные механизмы. Все - от процесса осаждения, которое помещает транспортные средства на гоночную трассу, до методов визуализации и самого рулевого управления, - используется исследователями при создании и изучении молекул. Такие наномашины могут найти применение в наших телах для борьбы с болезнями.

Фото: mikemulhern.net