Empa和EPFL的研究人員，已經打造了有史以來最小的納米電機。其僅包含了16個原子，甚至已經觸及經典物理學和量子領域的邊界。圖中藍色的是六個鈀原子、紅色是六個鎵原子，灰色的則是乙炔分子（四個原子）。與宏觀世界的對照物一樣，微型馬達由可運動的轉子和固定的定子部件組成。

（圖自：Empa）

微型馬達的定子是由六個鈀原子和六個鎵原子組成的簇，其排列為大致呈三角形。

而轉子則是由四個原子的乙炔分子組成，它可以在定子的表面上旋轉，整體尺寸還不到1 nm 。

分子馬達可由熱能或電力驅動，實驗中也是後者更加實用。在室溫條件下，研究人員發現轉子會隨機地來迴旋轉。

但當使用電子掃描顯微鏡施加電流時，轉子就能以99％ 的穩定性保持在一個方向上旋轉，使之較以往的分子馬達更加實用。

研究人員稱，新型迷你電機不僅可用於移動小型機器，還可用於納米級的能量收集。

納米馬達在不同位置的掃描電子顯微鏡圖像（via Empa）

新馬達還有一些奇怪的特性，比如採用類似棘輪的方式在一個方向上旋轉。通常這需要實用帶傾斜齒和棘爪的齒輪來完成，齒輪沿著平坦側滑動，但不能逆向爬回另一側。

然而這種納米馬達的分子似乎忽略了相對平順的路線，更喜歡反向挑戰高難度。儘管與宏觀世界的直覺相反，但其效果基本相同（轉子都是沿著一個方向旋轉）。此外分子馬達似乎打破了經典物理學定律，因為宏觀世界需要設法用最少的能量來克服阻力，比如不踩踏板就指望著自行車自己去爬坡。

研究人員發現，即使在極少量的熱能或電能的作用下，轉子也能運動—— 即便遠少於使轉子旋轉所需的“量”（意味著低於-256°C / -248.8°F，或施加低於30 mV 的電壓）。

Smallest Motor in the World（via）

顯然，在微觀世界中發生的這一現象，已經觸碰到了量子物理的邊界，甚至出現了量子隧穿。

實際上，科學家們經常可以觀察到粒子在沒有足夠能量的情況下’穿越’障礙物。以自行車為例，這不像是不踩踏板就衝到山頂，而是直接被傳送到了另一側的山坡。

不過這種解釋也帶來了新的問題，因為量子隧穿被認為是無摩擦的。如果是這種情況，那轉子將在任意方向隨機旋轉。但從它傾向於99% 的概率選擇來看，此過程中還是有能量正在丟失。

首席研究員Oliver Gröning 稱，這項研究或有助於我們找到量子隧穿過程中的能量耗散原因。

詳情已發佈在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上，原標題為《Molecular motor crossing the frontier of classical to quantum tunneling motion》。