اصغر سيارة في العالم طولها واحد في المليار من المتر

اصغر سيارة في العالم طولها واحد في المليار من المتر

World’s smallest four-wheel-drive is a billionth of a meter

المركز العلمي للترجمة: سيارة بأربعة عجلات وبلا انبعاثات ضارة ولا صوت طورها فريق بحثي من الدنمارك. السيارة النانوية مؤلفة من جزيء واحد تسير على أربعة عجلات بالكهرباء في خط مستقيم على سطح من النحاس. صورة السيارة وضعت على احدث عدد من مجلة الطبيعة Nature.

في العادة تبدأ السيارة عملها الميكانيكي عندما يقوم الشخص بتشغيل المحرك والذي يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية أو الحرارية أو الكهربية إلى طاقة حركية لتقوم السيارة بالحركة لنقل الأدوات والمعدات والأشخاص من نقطة أ إلى نقطة ب. في الطبيعة يحدث نفس الشيء، ففي الخلايا يوجد ما يعرف باسم الموتور البروتيني – مثل اكتين بروتين العضلات الذي يقوم بالعمل. وترتبط تلك مع البروتين مثل القطار وتقوم بحرق الأدينوزين ثلاثي الفوسفات الوقود الكيميائي لعالم الكائنات الحية.

يهدف عدد من الكيميائيين استخدام نفس المبدأ والفكرة لتصميم ألة لنقل الجزيئات، لتقوم بمهمات محددة على المقياس النانوي. طبقا لمقال نشر سابقا في العدد الأخير من مجلة العلوم Nature، ان العلماء قد خطوا خطوة حاسمة على طريقة أنظمة المواصلات النانوية. لقد قاموا بتوليف جزيء من اربع عجلات كل عجل موتور يدور يمكن لهذا الجزيء السير في خط مستقيم بشكل يمكن التحكم به. ويعلق الباحث Karl-Heinz Ernst بان هذه السيارة النانوية لا تحتاج إلى سكة سير أو إلى وقود إنما تسير بالكهرباء. وانها اصغر سيارة كهربائية في العالم.

تبلغ أبعاد تلك السيارة 4×2 نانومتر أي حوالي اصغر بمليار مرة من سيارة جولف – وتحتاج إلى إعادة شحن بالكهرباء كل نصف دورة بعجلتها بواسطة طرف الميكروسكوب النفقي الماسح scanning tunnelling microscope (STM).

علاوة على ذلك، فانه بسبب التصميم الجزيئي فان العجلات لا يمكنها إلا ان تتحرك في اتجاه واحد. بمعنى لا يوجد فيها غيار عكسي كما يصفها الباحث Ernst البروفيسور في جامعة زيوريخ.

طبقا لمخطط التصميم الخاص بهذه السيارة فان وظائف الجزيء العضوي المعقد في تحريك السيارة هو على النحو التالي: بعد صعودها على سطح النحاس ووضع طرف الميكروسكوب النفقي الماسح عليها يكون هناك فجوة معقولة، قام فريق Ernst وزملائه بتطبيق فرق جهد مقداره 500 mV. تنتقل الإلكترونات نفقيا من خلال الجزيء وهذا يبدأ تغيرات عكسية في البنية التركيبية في العجلات الاربعة. تبدأ عملية cis-trans isomerization وهي عملية كيميائية تعرف باسم التزامر الهندسي عند الرابطة الثنائية، كنوع من إعادة الترتيب، علما بان هذا الترتيب غير مفضل على الإطلاق، بحيث ان المجموعات على الأطراف الجانبية تبحث عن فراغ. ونتيجة لذلك تنحرف المجموعتين على الجانبين لتمر بجانب بعضها البعض وتصل إلى ترتيب مفضل وهو الترتيب الأصلي وهنا تكون العجلات قد أتمت نصف دورة. اذا تحركت العجلات الأربعة مع بعض في نفس الوقت، فان السيارة تتحرك للأمام. على الأقل طبقا للنظرية المعتمدة على البنية الجزيئية.

وهذا ما لاحظه Ernst و Parschau بعد إجراء 10 عمليات محاكاة لـ STM، الجزيء تحرك للأمام 6 نانومترات في خط مستقيم.

وأظهرت تجربة أخرى ان الجزيء يتصرف تماما مثلما توقع. فجزء من الجزيء يمكنه الدوران بحرية حول محور مركزي، رابطة C-C مفردة – الهيكل المعدني للسيارة ان صح التعبير. وبالتالي تستطيع من السير على السطح المعدني في اتجاهين مختلفين: في الاتجاه الصحيح وهنا تدور الأربعة عجلات في نفس الاتجاه، وفي الاتجاه الخاطئ حيث المحور الخلفي للعجلات يدور للأمام ولكن عجلات المحور الأمامي تدور للخلف وتبقى السيارة محلها. وقد لاحظ Ernst و Parschau هذا أيضا بواسطة الميكروسكوب النفقي الماسح.

ولهذا، انجز الباحثون وحققوا أول أهدافهم في إثبات مبدأ عمل السيارة النانوية، أي انهم تمكنوا من إجراء تجربة توضح ان الجزيئات المفردة يمكنها ان تمتص طاقة كهربية وتحولها إلى حركة موجهة. الخطوة التالية Ernst وزملائه هو تطوير جزيئات يمكنها ان تسير بالضوء وربما بأشعة الليزر الفوق بنفسجية.

المصدر:

http://www.physorg.com/news/2011-11-world-smallest-four-wheel-drive-billionth-meter.html