Nano-Forscher rund um Leonhard Grill vom Institut für Chemie der Universität Graz haben einen neuartigen molekularen Motor entwickelt, der sich von alleine in nur eine Richtung bewegt. Die Resultate wurden in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift "Nature" veröffentlicht, wie die Universität Graz am Mittwoch mitteilte. Bei sogenannten molekularen Motoren wird von außen zugeführte Energie in gerichtete Bewegung umgewandelt.

"Damit sich Moleküle auf einer Oberfläche in eine gewünschte Richtung bewegen, müssen sie eigentlich durch Schieben und Ziehen mit der atomar scharfen Spitze eines Rastertunnelmikroskops gelenkt werden", beschrieb Grill die Ausgangslage für die neue Entwicklung. "Normalerweise bewegen sich Objekte auf der atomaren Skala nämlich immer statistisch verteilt in mehrere Richtungen, also zum Beispiel vor und zurück", sagte Grill. Die nächste Generation "fahre" nun mit hundertprozentiger Effizienz auf der vorgegebenen Bahn zum Ziel, sobald sie angeregt wird.

Die neuen molekularen Maschinen benötigen dabei keinen komplizierten eingebauten Motor, sondern erhalten ihre Antriebsfunktion in Kombination mit der Oberfläche. Dadurch haben sie eine wesentlich einfachere chemische Struktur und sind folglich leichter herzustellen. Der atomare Aufbau des "Straßenbelags", also der Oberfläche, spiele dabei eine wichtige Rolle. "Das haben uns die Berechnungen unseres Kooperationspartners an der Universität Liverpool gezeigt", ergänzte Grill.

Die Wissenschafterinnen und Wissenschafter bewiesen außerdem, dass diese Nano-Maschinen echte Arbeit verrichten können, indem sie einzelne Kohlenmonoxid-Moleküle als "Fracht" von einem Ort auf der Oberfläche zu einem anderen transportieren, und zwar immer perfekt direktional, also in eine Richtung. Beide Eigenschaften würden völlig neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.

Leonhard Grill und sein Team vom Institut für Chemie der Universität Graz forschen seit Jahren an molekularen Motoren, die von außen zugeführte Energie in gerichtete Bewegung umwandeln können. Fernziel ist die Entwicklung von Nano-Maschinen für verschiedenste technologische Bereiche. Für sein Projekt "Adsorbate Motors: Tricking Microscopic Reversibility on Surfaces" erhielt Grill heuer bereits einen mit 2,5 Mio. Euro dotierten ERC Advanced Grant.

Service: Veröffentlichung von G. J. Simpson, M. Persson und L. Grill, "Adsorbate motors for uni-directional translation and transport" in "Nature", DOI: 10.1038/s41586-023-06384-y 2023. Details zur Arbeitsgruppe unter www.nanograz.com abrufbar.