Un motore che funziona con una molecola sola.

Fonte: LeScienze.it

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Messo a punto un metodo per estrarre energia da un sistema "rumoroso", traducendo il moto casuale di una molecola di idrogeno nel movimento regolare di un braccio oscillatorio. Il risultato è stato ottenuto sfruttando il cosiddetto fenomeno della risonanza stocastica.
Una singola molecola di idrogeno può alimentare il movimento di un oggetto molto più grande. A dimostrarlo è un gruppo di ricercatori della Freie Universität di Berlino, che descrivono come hanno fatto a sfruttare questo scopo una serie di effetti stocastici in un articolo pubblicato su “Science” a prima firma Christian Lotze.

Normalmente, in un sistema fisico l'energia meccanica scorre da dove ce n'è di più a dove ce ne è meno, dissipandosi sotto forma di movimento termico casuale delle molecole e degli atomi del sistema. Molti sistemi naturali, in particolare quelli biologici, si sono però evoluti in modo da invertire questa tendenza, consentendo il flusso di energia dal “piccolo” al “grande”. Lotze e colleghi hanno cercato di ricreare questa capacità in sistemi artificiali molto piccoli, alla ricerca di un modo efficiente per alimentare e far funzionare nanostrutture.

I ricercatori, in particolare, hanno dimostrato come il moto di una singola molecola di idrogeno può alimentare quello di un braccio oscillante relativamente ben più grande.

Nel loro esperimento, una singola molecola di idrogeno (H2) è stata intrappolata fra due elettrodi metallici: una superficie di rame e la punta di un microscopio a effetto tunnel mantenuto a bassissima temperatura, circa cinque kelvin. Quando tra punta e rame è stata applicata una tensione elettrica, la corrente ha indotto l'idrogeno a passare in modo casuale tra due diverse posizioni. Per estrarre energia da questo moto casuale e trasferirla all'oscillatore, è necessario che le forze che agiscono sul braccio oscillante quando si avvicina e quando si allontana dalla superficie non si annullino e siano differenti, ossia che vi sia un fenomeno di isteresi.
Il “trucco” usato dai ricercatori per ottenere questo fenomeno di isteresi è stato osservare che, sebbene la corrente elettrica faccia passare casualmente l'idrogeno tra i due stati, la tensione di polarizzazione può essere sintonizzata su un valore specifico, in modo che le fluttuazioni di posizione dell'idrogeno diventino altamente correlate con il movimento della punta del microscopio, così da indurre il fenomeno noto come risonanza stocastica.
"In linea di principio, si potrebbero anche immaginare meccanismi di eccitazione da altre fonti, come la luce", ha detto Felix von Oppen, il cui modello teorico è stato importante per l'interpretazione dei risultati sperimentali. La conversione di energia tramite risonanza stocastica è in effetti uno dei processi che fa funzionare alcune macchine molecolari nella cellula. "Un aspetto interessante dei nostri risultati è che suggeriscono che lo stesso meccanismo possa essere utilizzato in motori molecolari artificiali."