در راستای درک بهتر مفاهیم طراحی موتورهای مولکولی، محققان به بررسی چرخش ماکروسیکل‌ها در اطراف نانولوله‌های کربنی پرداختند.
مطالعه چرخش ماکروسیکل‌ها در اطراف نانولوله کربنی
چند سال قبل شیمی‌دانان، حلقه‌ای را در اطراف نانولوله‌های کربنی قرار داده و چیزی شبیه به ماشین مولکولی ساختند. به تازگی این گروه تحقیقاتی که نانولوله‌های کربنی بهم پیوسته را طراحی کرده بودند، دریافتند که حلقه‌های این سازه می‌تواند آزادانه حرکت کند. این نتایج از ایده‌ای پشتیبانی می‌کند که در آن گفته شده قوانین اصطکاک ممکن است منشا مولکولی داشته باشد.
امیلیو پرز از محققان این پروژه می‌گوید: «از آنجاکه ما برای اولین‌بار سنتز نانولوله‌های کربنی بههم پیوسته را انجام دادیم، تعجب کردیم که چگونه ماکروسیکل‌ها در اطراف نانولوله رفتار می‌کنند.»
این گروه، امکان مشاهده مستقیم این سیستم را نداشتند. میکروسکوپ‌های پیشرفته ممکن بود با نمونه تداخل ایجاد کنند، به طوری‌که پرتو الکترونی می‌توانست موجب شکسته شدن ماکروسیکل‌ها شود. بنابراین، امکان نداشت دریابیم که آیا حرکت به‌صورت خودبه‌خودی بوده یا براثر برانگیختگی انجام می‌شود.
برای حل این مشکل، محققان راهبرد محاسباتی را پیش گرفتند. آن‌ها مدل‌های میدان نیروی دنیامیک مولکولی را برای سازه‌های بههم پیوسته مکانیکی به‌کار گرفته و سپس یک‌سری شبیه‌سازی انجام دادند.
پرز می‌گوید: «ما مشاهده کردیم که فقط در ۵ نانوثانیه، ماکروسیکل‌ها روی نانولوله‌کربنی ۵۰ آنگستروم حرکت کردند. علاوه‌بر این، حلقه‌ها به دور حلقه چرخ می‌زنند و رفتاری شبیه به حرکت سیارات به دور ستاره‌ها را دارند.
برای نشان دادن رفتار چرخشی، پرز و همکارانش نانولوله‌های کربنی را با اتم‌های ساختگی مزین کردند که به‌عنوان مرجعی برای محاسبه زاویه چرخش استفاده شد.
او می‌گوید: «در همین ۵ نانوثانیه، ماکروسیکل‌ها ۱٫۵۶ بار چرخیدند.»
ماکروسیکل‌ها به‌صورت مکانیکی در اطراف نانولوله‌های کربنی به هم پیوسته می‌چرخند و در امتداد نانولوله‌های کربنی تک‌جداره در دمای اتاق حرکت می‌کنند که این چرخش از نظر انرژی، کم انرژی‌تر از چرخش در اطراف پیوند کربن-کربن در اتان است.
انرژی اکتیواسیون این حرکت بسیار کم بوده به طوری که می‌توان گفت که این حرکت تقریبا بدون اصطکاک انجام می‌شود.
از این نتایج می‌توان در طراحی موتورهای مولکولی استفاده کرد و در آینده می‌توان شاهد موتورهایی بود که در آن‌ها نانولوله‌های کربنی به هم متصل هستند.
