Một nghiên cứu đăng tải trên tạp chí khoa học Nature ngày 10/11, công bố nhóm các nhà khoa học người Hà Lan vừa tạo ra một loại phân tử nano 4 bánh siêu nhỏ. Kích thước chiều dài của loại phân tử này chỉ bằng 1 phần tỉ mét (nanomet), nhỏ hơn 60.000 lần so với độ dày sợi tóc ở người và chuyển động tr...
Một nghiên cứu đăng tải trên tạp chí khoa học Nature ngày 10/11, công bố nhóm các nhà khoa học người Hà Lan vừa tạo ra một loại phân tử nano 4 bánh siêu nhỏ.
Kích thước chiều dài của loại phân tử này chỉ bằng 1 phần tỉ mét (nanomet), nhỏ hơn 60.000 lần so với độ dày sợi tóc ở người và chuyển động trong phản ứng đốt nóng các electron.
Phân tử có kích thước dạng nanomet này bao gồm một khung thân trung tâm, có 4 đơn vị quay, mỗi đơn vị như vậy lại chứa một số nguyên tử. Phân tử nano dạng chiếc xe hơi này chuyển động và tiến về phía trước nhờ vào nguồn năng lượng đưa vào từ một kính hiển vi electron quét đường hầm (STM).
Bằng phương pháp đốt các electron, kính hiển vi quang học này sẽ tạo ra một sự thay đổi trong quá trình tương tác giữa các rotor (khối quay) với một bề mặt bằng đồng. Kết quả là các rotor này sẽ chuyển động xung quanh như những bánh xe uyển chuyển và lái các phân tử nhỏ xíu này tiến về phía trước. Phương pháp này có thể giúp lái các phân tử nano nhỏ bé này tiến theo một hướng cụ thể, giống như một chiếc xe hơi.
Ngoài ra, khi các nhà khoa học chủ động thay đổi hướng chuyển động quay của các đơn vị cơ giới cá nhân, thì các phân tử có cấu trúc 4 bánh này cũng có thể di chuyển theo một quỹ đạo định sẵn.
Thành quả trên của các nhà khoa học Hà Lan dẫn đầu bởi giáo sư Ben Feringa, thuộc trường đại học Groningen, đã tạo ra một bước tiến mới trong lĩnh vực nghiên cứu hệ thống phân tử cơ khí cũng như các ứng dụng mới trong lĩnh vực y học.
Một nhóm nhà khoa học người Hà Lan vừa chế tạo thành công phân tử nano bốn bánh nhỏ nhất thế giới, mở ra hình dung mới về những cỗ máy cực kỳ bé. Nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học Nature ngày 10/11, ghi nhận bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực hệ thống phân tử cơ khí. Dù mang hình dáng gợi liên tưởng đến một chiếc xe hơi, phân tử này nhỏ đến mức mắt người hoàn toàn không thể quan sát trực tiếp.
Chiều dài của phân tử chỉ khoảng một phần tỉ mét, tương đương một nanomet, tức nhỏ hơn khoảng 60.000 lần so với độ dày một sợi tóc người. Kích thước siêu nhỏ khiến mọi bộ phận của nó đều phải được tạo nên từ những nhóm nguyên tử sắp xếp chính xác trong một cấu trúc thống nhất. Vì vậy, thành tựu này không chỉ nằm ở việc tạo hình bốn bánh, mà còn ở khả năng khiến một hệ thống phân tử thực sự chuyển động.
Cấu trúc trung tâm của phân tử đóng vai trò như khung thân, liên kết với bốn đơn vị quay được ví như bốn bánh xe. Mỗi đơn vị quay lại bao gồm một số nguyên tử, được tổ chức để có thể tương tác với bề mặt đồng bên dưới. Khi các bộ phận này cùng hoạt động, toàn bộ phân tử có thể tiến về phía trước thay vì chỉ rung động hoặc xoay tại chỗ.
Nguồn năng lượng điều khiển chiếc xe nano đến từ một kính hiển vi electron quét đường hầm, thường được gọi tắt là STM, thiết bị có thể thao tác ở cấp độ nguyên tử. Các nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp đốt các electron để tạo ra thay đổi trong quá trình tương tác giữa những khối quay và bề mặt bằng đồng. Sự thay đổi này thúc đẩy các rotor chuyển động, biến chúng thành những bánh xe phân tử có khả năng đưa khung thân tiến lên.
Cơ chế vận hành không giống động cơ của một chiếc xe thông thường, bởi chuyển động ở đây diễn ra giữa các nguyên tử, electron và bề mặt vật liệu. Tuy nhiên, điểm tương đồng quan trọng nằm ở việc năng lượng được đưa vào để tạo chuyển động có định hướng cho một cấu trúc gồm thân xe và bốn bánh. Nhờ kiểm soát quá trình tương tác, các nhà khoa học có thể khiến phân tử nano di chuyển theo một hướng cụ thể trên bề mặt đồng.
Khả năng điều khiển hướng đi tạo nên ý nghĩa đặc biệt cho thiết kế bốn bánh này, thay vì chỉ chứng minh rằng một phân tử có thể chuyển động. Khi chủ động thay đổi hướng quay của từng đơn vị cơ giới, nhóm nghiên cứu còn có thể khiến phân tử đi theo một quỹ đạo đã định trước. Nói cách khác, các rotor không chỉ cùng quay, mà còn được phối hợp để điều khiển đường đi của cả cấu trúc nhỏ bé.
Công trình do giáo sư Ben Feringa thuộc Đại học Groningen dẫn đầu, với mục tiêu phát triển những hệ thống cơ khí hoạt động ở quy mô phân tử. Thành quả cho thấy các phân tử nhân tạo có thể đảm nhiệm những chức năng cơ học cụ thể, từ quay, tiến lên đến thay đổi hướng di chuyển. Đây là bước tiến mới đối với ngành nghiên cứu máy móc phân tử, nơi các bộ phận vận hành trong thế giới nhỏ hơn rất nhiều so với tế bào.
Trong tương lai, phương pháp này có thể góp phần gợi mở những ứng dụng mới trong y học, dù bài nghiên cứu chủ yếu tập trung vào việc chế tạo và điều khiển phân tử nano. Các hệ thống tương tự có thể giúp giới khoa học hiểu rõ hơn cách xây dựng thiết bị cơ khí cực nhỏ, hoạt động nhờ năng lượng và chuyển động được kiểm soát. Chiếc xe nano bốn bánh vì thế không chỉ là một cấu trúc đặc biệt, mà còn đại diện cho bước khởi đầu của những cỗ máy phân tử có thể phục vụ các công nghệ mới.
