Un moteur nanométrique dont le sens de rotation peut être inversé à volonté a été réalisé par une équipe franco-américaine composée de chercheurs du Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES, CNRS) et de l'Université d'Ohio. Pour la première fois, ils ont atteint la taille limite inférieure pour un dispositif capable de transformer l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) en mouvement de rotation. De seulement 2 nanomètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère.), le rotor de ce moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) est mis en mouvement grâce aux électrons délivrés par la pointe d'un microscope à effet tunnel (Le microscope à effet tunnel (en anglais STM, Scanning Tunneling Microscope) fut inventé en 1981 par des chercheurs d'IBM, Gerd Binnig et Heinrich Rohrer, qui reçurent le Prix Nobel de...). Publiés dans le numéro de janvier 2013 de Nature Nanotechnologies, ces travaux explorent la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout...) et l'énergétique des "molécule-moteurs" et annoncent les composants des futurs robots nanométriques.


Le nano-moteur est composé de trois parties. La première constitue le stator du moteur (Un moteur est un dispositif transformant une énergie non-mécanique (éolienne, chimique, électrique, thermique par exemple) en une énergie mécanique ou...) qui permet de l'accrocher à une surface d'or. Au bout de celui-ci, se trouve un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement constitué d'un noyau...) métallique, du ruthénium, qui joue le rôle de rotule sur laquelle vient se fixer le rotor moléculaire. Ce dernier est constitué de cinq pales dont une a été volontairement raccourcie pour suivre le sens de rotation du rotor. Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le...), seulement 200 atomes constituent le moteur. Pas moins de 15 étapes ont été nécessaires pour la synthèse de cette molécule complexe. Sa conception et synthèse ont demandé près de 10 ans d'efforts aux chercheurs du CEMES.

En plaçant la molécule à une température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de son énergie thermique. Elle est définit par l'équilibre de transfert de chaleur avec d'autres systèmes.) de –268,5°C (4,6°C au-dessus du zéro absolu) sur la surface d'or, les chercheurs sont parvenus à déclencher le mouvement pas à pas du rotor et à en contrôler le sens de rotation. Pour cela, ils lui ont délivré des électrons grâce à la pointe d'un microscope à effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir une barrière de potentiel, franchissement impossible selon la mécanique classique. Généralement, la fonction d'onde d'une particule, dont le carré...) qui sert à la fois d'instrument d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) et de source d'énergie. Le sens de rotation dépend de la pale (Une pale d'hélice (avion) ou de rotor (hélicoptère) est une surface portante en rotation autour d'un axe. C'est un dispositif aéro ou hydrodynamique destiné à créer un déplacement des molécules du fluide dans lequel il se...) du rotor où est positionnée l'extrémité de la pointe du microscope. La précision dans le pointage doit être de l'ordre du dixième de nanomètre.

À présent, les chercheurs veulent mesurer la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) délivrée par ce nano-moteur. Pour y parvenir, ils doivent placer la molécule en interaction (Une interaction est un échange d'information, d'affects ou d'énergie entre deux agents au sein d'un système. C'est une action réciproque qui suppose...) avec les plus petits engrenages solides qu'il soit possible actuellement de fabriquer. Les chercheurs imaginent que des moteurs tels que celui-ci pourront un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par...) entrer dans l'assemblage de nano-robots ou de nano-véhicules que les chercheurs du CEMES étudient par ailleurs.


Références:

Controlled clockwise and anticlockwise rotational switching of a molecular motor
U. G. E. Perera, F. Ample, H. Kersell, Y. Zhang, G. Vives, J. Echeverria, M. Grisolia, G. Rapenne, C. Joachim and S.-W. Hla
Nature Nanotechnology, 2013, 8, 46-51.