Учеными из мюнхенского Университета Людвига-Максимилиана был впервые продемонстрирован способ прямого преобразования световой энергии в механическую работу. Группой Германа Гауба (Hermann Gaub) были проведены опыты по фотовозбуждению механических энергетических подуровней одиночной молекулы азобензола. Существует два пространственных изомера этой длинной полимерной молекулы: цис- и транс-изомер. Химикам давно известно, что при оптическом или термическом резонансном возбуждении можно переводить молекулу из одного состояния в другой, существенно изменяя при этом ее длину. Это свойство давно используется в различных химических процессах в макроскопических масштабах, однако немецким ученым первым пришло в голову измерить с помощью атомного силового микроскопа силу, изменяющую пространственную конфигурацию одной конкретной молекулы (T Hugel et al 2002 Science 296 1103).

В эксперименте была приготовлена смесь из молекул в цис- и транс- состояниях, а щуп (кантилевер) микроскопа был присоединен к одной из молекул цис-изомера. При освещении смеси видимым фиолетовым светом происходил переход цис-молекул в транс-состояние. Атомный силовой микроскоп (АСМ) регистрировал силу, воздействующую на щуп со стороны молекулы при ее удлинении на 1.4 нанометра. При освещении более коротковолновым ультрафиолетовым излучением происходил вынужденный переход в обратном направлении (из транс- в цис-модификацию), что также регистрировалось с помощью АСМ.

Для выяснения возможности совершения молекулой работы ученые с помощью того же щупа прикладывали к цис-молекуле нагрузку до 500 пН (10^-12 Н). Оказалось, что и при такой нагрузке молекула остается способной к сокращениям и растяжениям, преодолевая приложенную стороннюю силу. Эксперимент был повторен несколько раз, пока молекула не разрушилась.

Несмотря на малую эффективность описанного процесса, Гауб с сотрудниками выражают оптимизм относительно возможных усовершенствований вплоть до применения в реальных наноустройствах.

Источник: PhysicsWeb от 10 мая 2002