Empa 和 EPFL 的研究人員，已經打造了有史以來最小的納米電機。其僅包含了 16 個原子，甚至已經觸及經典物理學和量子領域的邊界。圖中藍色的是六個鈀原子、紅色是六個鎵原子，灰色的則是乙炔分子（四個原子）。與宏觀世界的對照物一樣，微型馬達由可運動的轉子和固定的定子部件組成。

　?。▓D自：Empa）

　　微型馬達的定子是由六個鈀原子和六個鎵原子組成的簇，其排列為大致呈三角形。

　　而轉子則是由四個原子的乙炔分子組成，它可以在定子的表面上旋轉，整體尺寸還不到 1 nm 。

分子馬達可由熱能或電力驅動，實驗中也是后者更加實用。在室溫條件下，研究人員發現轉子會隨機地來回旋轉。

但當使用電子掃描顯微鏡施加電流時，轉子就能以 99％ 的穩定性保持在一個方向上旋轉，使之較以往的分子馬達更加實用。

　　研究人員稱，新型迷你電機不僅可用于移動小型機器，還可用于納米級的能量收集。

　　納米馬達在不同位置的掃描電子顯微鏡圖像（via Empa）

　　新馬達還有一些奇怪的特性，比如采用類似棘輪的方式在一個方向上旋轉。通常這需要實用帶傾斜齒和棘爪的齒輪來完成，齒輪沿著平坦側滑動，但不能逆向爬回另一側。

然而這種納米馬達的分子似乎忽略了相對平順的路線，更喜歡反向挑戰高難度。盡管與宏觀世界的直覺相反，但其效果基本相同（轉子都是沿著一個方向旋轉）。

此外分子馬達似乎打破了經典物理學定律，因為宏觀世界需要設法用最少的能量來克服阻力，比如不踩踏板就指望著自行車自己去爬坡。

　　研究人員發現，即使在極少量的熱能或電能的作用下，轉子也能運動 —— 即便遠少于使轉子旋轉所需的“量”（意味著低于 -256°C / -248.8°F，或施加低于 30 mV 的電壓）。

　　視頻：https://tv.sohu.com/v/dXMvODIyMjQwNTMvMjAwMDM0ODY5LnNodG1s.html

　　顯然，在微觀世界中發生的這一現象，已經觸碰到了量子物理的邊界，甚至出現了量子隧穿。

實際上，科學家們經?？梢杂^察到粒子在沒有足夠能量的情況下‘穿越’障礙物。以自行車為例，這不像是不踩踏板就沖到山頂，而是直接被傳送到了另一側的山坡。

不過這種解釋也帶來了新的問題，因為量子隧穿被認為是無摩擦的。如果是這種情況，那轉子將在任意方向隨機旋轉。但從它傾向于 99% 的概率選擇來看，此過程中還是有能量正在丟失。

　　首席研究員 Oliver Gröning 稱，這項研究或有助于我們找到量子隧穿過程中的能量耗散原因。

　　詳情已發布在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，原標題為《Molecular motor crossing the frontier of classical to quantum tunneling motion》。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的触碰量子边界：科学家研制仅16个原子的纳米马达的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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