محققان آلمانی دانشگاه صنعتی مونیخ مولکول‌های نانومیله‌ای‌شکل را با استفاده از خودآرایی به نحوی چیدند که یک چرخنده‌ی نانومقیاس به وجود آید. آنها با استفاده از دستگاه STM، ساختار و عملکرد این چرخنده را بررسی نمودند.
مهندسی مکانیک در مقیاس مولکولی: خودآرایی نانوچرخنده‌ها
محققان آلمانی دانشگاه صنعتی مونیخ مولکول‌های نانومیله‌ای‌شکل را با استفاده از خودآرایی به نحوی چیدند که یک چرخنده‌ی نانومقیاس به وجود آید. آنها با استفاده از دستگاه STM، ساختار و عملکرد این چرخنده را بررسی نمودند.
در دنیای نانو،خیلی چیزها متفاوت از دنیای ماکرو است که دانشمندان تاکنون تنها به درک و کشف قوانین و اساس آن پرداخته‌اند. یک گروه تحقیقاتی به رهبری یوناس بارث از گروه فیزیک دانشگاه مونیخ موفق به ساخت شبکه‌هایی ۲ بعدی از مولکول‌های میله‌ای‌شکل شده‌اند. این شبکه‌ها چرخنده‌ای را تشکیل می‌دهند که می‌تواند تبدیل به یک قفسه‌ی لانهزنبوری شود.
چنین سیستم‌هایی در طبیعت وجود دارند؛ برای مثال پروتئین‌ها با قرارگیری در کنار هم می‌توانند آغازگر واکنش شوند و در واقع واکنش زمانی شروع می‌شود که پروتئین‌ها بسیار به هم نزدیک باشند. این اثر در کاتالیست‌ها هم استفاده می‌شود: سطوح مواد واکنش‌دهنده در سطح کاتالیزور مسیری را طی می‌کنند تا به یکدیگر برسند؛ اما تحقق رؤیای استفاده از خودآرایی برای ساخت نانوماشین هنوز زود است.
چرخنده‌ی ساخت این گروه، گام مهمی برای تحقق این رؤیا محسوب می‌شود. ابتدا فیزیک‌دانان از واکنش اتم‌های کبالت با مولکول‌های نانومیله‌ای‌شکل سکسیفنیل دی کربونیتریل روی سطح نقره، یک شبکه بسیط ایجاد کردند. نتیجه‌ی این کار یک شبکه‌ی لانهزنبوری بسیار منظم با پایداری بالا بود. این شبکه، مانند گرافن، ضخامتی به اندازه‌ی دقیقاً یک اتم داشت.
زمانی که محققان واحدهای سازنده‌ای به این سیستم اضافه کردند، مولکول‌های میله‌ای به‌صورت خودبه‌خودی جمع شدند و درون حفرات لانهزنبوری گروه‌های سه‌‌تایی ایجاد کردند؛ اما مولکول‌ها برای چنین خودآرایی باید دلیلی داشته باشند. دانشمندان با مطالعه‌ی این سیستم زیر میکروسکوپ STM، به‌دلیل این امر پی بردند. سه مولکول به نحوی خودآرایی می‌دهند که انتهای نیتروژنی آنها به‌سوی اتم‌های هیدروژن گروه فنیل باشد. چنین ساختار موتورمانندی، بسیار پایدار است؛ به طوری که حتی زمانی که با انرژی گرمایی این ساختار چرخانده می‌شود، تغییر در آن ایجاد نمی‌شود.
از آنجا که حفره‌ی لانهزنبوری مدور نیست و به‌صورت شش‌گوشه است، هنگام برهم‌کنش میان اتم‌های نیتروژن و اتم‌های هیدورژن در دیواره‌ی سلول، تنها در دو موقعیت قابل تشخیص، وجود خواهد داشت. علاوه بر این، این ساختار قابلیت چرخش در جهت و خلاف جهت عقربه‌های ساعت را داراست. در آزمایش‌های مختلف، محققان موفق شده‌اند تا تمام این چهار حالت را ثابت نگه داشته، آنها را مطالعه کنند. آنها همچنین توانسته‌اند گرمای مورد نیاز لازم برای بازایستادن این چرخنده را به دست آورند.
