Самый маленький и быстрый наномотор: 1 мкм, 18 000 RPM

Специалисты из Техасского университета в Остине собрали самый маленький и быстрый в мире искусственный мотор. По заявлениям разработчиков, мотор размером 1 микрометр вращался до 15 часов со скоростью 18 000 RPM (300 оборотов в секунду), совершив более 240 000 циклов. Это значительное достижение, потому что предыдущие модели таких моторов вращались не более чем на 5000 RPM всего несколько часов.

Наномоторы изготовлены из трёх базовых компонентов: крошечная проволока Au/Ni/Au работает как ротор, располагаясь на магните Au/M/Cr с квадрупольной системой из четырёх микроэлектродов, соединёнными попарно. Они играют роль статора. В составе магнита M — это магнитный материал, например, никель и кобальт. Верхний слой золота используется для регулировки расстояния между магнитом и нанопроволокой, чтобы изменять магнитное притяжение на роторе.

Трёхслойный магнит — ключевой компонент системы. Магнитное притяжение регулируется настолько точно, что магнит способен притянуть проволоку к основанию, но не настолько сильно, чтобы помешать её вращению.

Инженерам удалось решить две ключевые проблемы: автоматическую сборку наномоторов и управление их движением. Сборку производили с помощью новой техники «электрического пинцета», которая позволяет помещать наночастицы в субстрате по произвольным траекториям с точностью 150 нм, контролируя их угол и скорость в пульсирующем токе (см. иллюстрацию c).



Эксперимент показал, что можно дистанционно изменять угол наклона наномоторов и управлять скоростью вращения роторов. В том числе одновременно управляя группой моторов. Скорость вращения напрямую зависит от квадрата напряжённости электрического поля.

Разработка эффективных наномоторов — важнейший этап на пути к созданию наноэлектромеханических систем (NEMS), которые в будущем будут выполнять медицинские операции. Например, осуществлять инъекции медицинских препаратов внутри человеческого тела или даже искать и удалять больные клетки из организма, как это показано на иллюстрации Техасского университета в Остине.



Учёные подчёркивают, что максимальную скорость вращения проверяли чисто ради эксперимента, чтобы оценить надёжность конструкции. На практике настолько быстро вращающиеся металлические детали внутри организма вряд ли принесут пользу.

Научная работа опубликована в апрельском выпуске журнала Nature Communications (зеркало).

Источник: habrahabr.ru/post/223569/