Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Isabel Poyck
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/artikel.pag?objectnumber=131125
23 november 2010, 2010/41

Ontwerp voor kleinste elektromotor

Onderzoekers van de TU Delft en de Stichting FOM hebben een ontwerp voor de kleinste elektromotor ter wereld op papier gezet. De motor bestaat uit slechts één molecuul en wordt niet aangedreven door licht of warmte (zoals eerdere ontwerpen), maar door een elektrisch veld. Doordat het veld het lokaal aangebracht kan worden, is de aandrijving van een enkel molecuul mogelijk. De snelheid van de motor kan nauwkeurig gecontroleerd worden door de frequentie van het veld aan te passen. In principe zouden snelheden tot in het GHz-regime mogelijk moeten zijn. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in ACS Nano.
Figuur 1. Ontwerp van een elektrisch aangedreven moleculaire motor.
vergroten Figuur 1. Ontwerp van een elektrisch aangedreven moleculaire motor.


Het centrale gedeelte van de motor heeft positieve (rood) en negatieve (blauw) ladingen aan de uiteinden, waardoor het een dipoolmoment krijgt. Door middel van een wisselspanning op de gate-elektrode (Vg) kan de rotor in beweging worden gezet. De weerstand van het molecuul tijdens de rotatie kan worden gemeten met behulp van twee goud-elektroden.

De motor bestaat uit een molecuul dat boven een gate-elektrode geplaatst wordt en wordt ingeklemd tussen twee goud-elektroden (zie figuur 1). Het centrale gedeelte van het molecuul, de rotor, heeft een dipoolmoment. Door een wisselspanning op de gate te zetten kan de rotor in beweging worden gebracht. Een van de grote uitdagingen van moleculaire motoren is de detectie van de rotatie, vooral als het gaat om een enkel molecuul. De voorgestelde motor maakt gebruik van de gevoeligheid van de weerstand voor de rotorpositie. In rust is de weerstand laag; wanneer de rotor draait ten opzichte van de rest van het molecuul neemt de weerstand sterk toe. Hierdoor is het mogelijk de beweging van de motor real-time te meten.

Vooralsnog bestaat de motor alleen op papier, alhoewel bepaalde aspecten van het ontwerp al experimenteel zijn aangetoond. Berekeningen laten zien dat de voorgestelde motor aan te drijven en te meten moet zijn met bestaande meetopstellingen. Er wordt inmiddels hard gewerkt aan de realisatie van het ontwerp. Toepassingen zijn voorlopig nog ver weg, maar er valt te denken aan pompachtige transportmechanismen zoals die ook bestaan in membranen in levende cellen.

Contact
Jos Seldenthuis (Molecular Electronics and Devices, Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology), (015) 278 20 81.
Ferry Prins (Molecular Electronics and Devices, Kavli Institute of Nanoscience, Delft University of Technology), (015) 278 13 17.
Isabel Poyck (FOM), (030) 600 12 21.

Referentie
J.S. Seldenthuis, F. Prins, J.M. Thijssen, H.S.J. van der Zant, 'An All-Electric Single-Molecule Motor', ACS Nano 2010, 4 (11), pp 6681-6686, http://dx.doi.org/10.1021/nn1021499