【研究】16個の原子から作られた世界最小モーターが開発される、量子物理学の謎をとく手がかりに [しじみ★]

人間の髪の毛の直径の約10万分の1という極小サイズの「分子モーター」が、わずか16個の原子から作り出されました。
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Molecular motor crossing the frontier of classical to quantum tunneling motion | PNAS
https://www.pnas.org/content/early/2020/06/12/1918654117

Empa - Communication - Molecular Motor
https://www.empa.ch/web/s604/molecular-motor

スイス連邦材料試験研究所(Empa)とスイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)の研究チームが開発した世界最小のモーターは、マクロの世界と同様に「エネルギーを運動に変換する」という方法で稼働します。このようなモーターは自然界にも存在し、例えば筋肉を収縮させるモータータンパク質のミオシンがその1つです。

いわゆる日常で使われるモーターと同様に、16個の原子から構成されるモーターにも固定子と回転子が存在します。
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分子モーターでは、モーターを動かすエネルギーがランダムな方向からやってくる可能性があるため、モーターが機能するには回転の方向を固定する工夫が必要です。一般的に、方向性を持たせるためにはラチェット機構が使われますが、16個の原子によるモーターはラチェット機構を使うと、通常とは反対の動きを見せたとのこと。

つまり、通常であれば歯止めは歯車の滑らかな面を沿って進み、エッジから急降下するとそこでロックされますが、分子モーターの場合、急なエッジを上る方が、滑らかな面を滑るよりもエネルギーを要しなかったのです。ただ原子の移動は「ブロックされている方向」が優先されるため、実質的な方向付けとして、ラチェット機構は成功しました。
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研究者は6つのパラジウムと6つのガリウム原子を使って三角構造の固定子を作成。この固定子は回転対称ではあるものの、線対称ではない形となっています。これにより、回転子が一方向に連続して回転するラチェットの原理が実現しました。

アセチレンから作られた4原子を回転子として使った結果、回転子は固定子のまわりを99％の安定性で1方向に回り続けたと研究者は述べています。原子を使ってモーターを作る試みはこれが初めてではありませんが、「安定した方向性を持って1方向に回転する」という点は、他との大きな違いとのこと。
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16個の原子によるモーターは熱エネルギー・電気エネルギーの両方によって作用しますが、熱エネルギーの場合、室温だとモーターはランダムに動いてしまうとのこと。一方で電気エネルギーの場合は1つの電子で分子モーターを同じ方向に6分の1回転させることができましたが、エネルギー量を増加させると回転数は増えるものの、ラチェットを逆回転するほどのエネルギーが供給されてしまい、回転の方向がランダムになる傾向も見られました。

このとき、古典物理学の立場に立つと、モーターが回転するには傾斜の抵抗に反してモーターを動かすための最低エネルギーが必要なはずですが、分子モーターに関しては最低エネルギーである「マイナス256度の熱エネルギー」あるいは「30マイクロボルトの電気エネルギー」以下でも動いたとのこと。このことから、古典物理学ではない、量子物理学の「トンネル効果」が発生していると考えられています。

トンネル効果は、「粒子がエネルギー的には超えることができない領域を通り抜けるという」という現象であり、仮に分子モーターでトンネル効果が発生しているとすれば、不十分な運動エネルギーで傾斜に勝つことができるため、最低エネルギー以下でモーターが動くことも説明できます。しかし、実際にトンネル効果が起こっていれば、回転子は一方向に動かないはずとのこと。


それにも関わらず、研究で作成された分子モーターは99％方向性が定まっています。ここから、研究者は「トンネル効果が起こる時、わずかなエネルギーの消失が起こっている」という可能性を示唆しています。16個の原子からなる世界最小のモーターは、「分子職人のためのオモチャを開発した」というだけでなく、トンネル効果におけるエネルギー消失のプロセスと理由を明らかにするものとして、重要な知見を提供としていると研究者はみています。

https://gigazine.net/news/20200617-smallest-motor-in-the-world/

ナノマシンｷﾀ━━━━(ﾟ∀ﾟ)━━━━!!

銃を付けて軍事用に使えるんか？

お〜〜〜〜〜〜〜〜!!!

なるほど良く分からん

デキッコナイス

あーーーーーやっちまったか

コイツが将来未知の生命体になるんだ
おれしってるもん

>>1
＞「トンネル効果が起こる時、わずかなエネルギーの消失が起こっている」という可能性

トンネルの穴が開くってことか
まるでワームホールじゃないか

なるほど、トンネルの通る場所が常に一定だから方向性が定まるのね

それはつまり、粒子を波動に変換して粒子に戻る場所をコントロールできるということ

スタートレックの転送装置のように応用できるかもしれんw

H2分子もO2分子も回転してるぞ

原発より高エネルギーの発電所できるかな？

実用的にこれを何かに利用できるというもんじゃないだろう
科学的にも物理的にもメチャクチャ弱いと思うぞ
何かの効率改善につながる考え方にりようできるかもだが

ヒディアーズか
人の姿にこだわる必要はなくなるのかもな

学者がTVでコメントしてたのが、張り付く力、表面張力を脱出するのが大変なのがミクロの世界
つまり、うまく上からコントロールして必要な時には誘導する力が必要

コロナの突起を
ちょきんちょきん
できれば
ノーヘル賞もの

↑
ここまでは低脳レス
ここからがやっと本レス
↓

日本電産がモーター作ってスピードスケートの高木菜那の脚の筋肉に埋め込んで
男子世界新記録以上のスピードを出す。

どうせ実用化されないんでしょ厨「どうせ実用化されないんでしょ」
こんなことより子供手当厨「こんなものより子供手当をふじこ！」

「つまようじ職人」が「分子モーター職人」に進化するって話なんか？

モーターは回転運動
分子は筋肉みたいな収縮運動は割と得意で、人工筋肉ってのは色んな分子を材料に研究進んでいる

重さ辺りの発生出力は人間の筋肉の10倍くらいの密度を達成できるようだ。
仮に人間に適用できるとなると、運搬力連続運動力は10倍、打撃能力などは100倍まで、瞬発力を要する運動は10〜100倍の間となり、
随分なスーパーマンが完成する。

3相モーターみたいな原理で回るってことかな
どこにどうやって電流流したんだ

>>20
回転運動だってふつうにあるよ
https://www.kyoto-su.ac.jp/project/st/st11_06.html
16原子ってのが目新しいだけ

原子核って回転しているのだろ？
造る意味があるの

イネ科の雑草「エノコログサ」（別名、ネコジャラシ）の穂を手のひらで
握り締め、握りを緩め、握り締め、を繰り返すと、穂は一方方向に移動していく、
あれと同じだな。

原子すら回転するのに日本経済は正常に回らない

>>21
トンネル堀りの日雇いから始ようね

国会議員には憲法の定めた
　国会の会期中の不逮捕特権
というのがあって、逮捕などされないはずなのにどうなっているんだろうか。

これを応用すれば、第二種永久運動機関が作れるのか！？

これは、外国人さんが優秀ということだ。

�T OISTの顕著な業務実績について 資料2 - 内閣府
沖縄科学技術研究基盤整備機構（ＯＩＳＴ）の退職役員の業績勘案率について
https://www8.cao.go.jp/hyouka/dokuritsu/bunkakai/okinawa26th/shiryou2.pdf
外国人の主任研究者が６割強も占める。（64.4％、45名中29名）
学生の応募、入学においても、
�@当初予定者数（20名）の約10倍の志願（189名）
�A18の国・地域から34名の学生を選抜（88.2％が外国人）
�B入学者の６割が修士号保有者という意欲的な学生が集結。

【外国人すごい】科学論文の生産性 日本のトップは沖縄科学技術大学院大学･･･授業は英語で行われ教員や学生の大半は外国人
https://asahi.5ch.net/test/read.cgi/newsplus/1561158445/l50
2019年6月22日 4時11分
イギリスの科学雑誌「ネイチャー」は、科学論文の生産性が高い研究機関のランキングを初めて発表し、日本では沖縄科学技術大学院大学が、東京大学や京都大学など規模の大きい大学を抑えて、トップとなりました。
日本でみますと、沖縄科学技術大学院大学が10位に入り、40位の東京大学、59位の京都大学、93位の名古屋大学、99位の大阪大学など、規模の大きい大学を抑えてトップでした。
沖縄科学技術大学院大学は、教員や学生のほとんどが海外出身、講義や研究も英語で行われる博士課程の大学で、ネイチャーはゲノムの解析などで顕著な成果を上げているとしています。

まあローカル言語でグローバルな研究やってもな

>>29
つかこのスレと何の関係が？

実質永久機関なわけだが

どうラチェットなのかさっぱり

こういう極端なものは役に立たない

>>34
科学板で役に立つ厨は不要

ラチェットつけても熱エネルギーだと
ランダムになるというのが　
マックスウェルの悪魔はいないということか

＞「トンネル効果が起こる時、わずかなエネルギーの消失が起こっている」
エネルギー保存の法則が破れているといいたいのか？わけが分からん

分子職人なんて職業あるのかw

そう考えてみるとＤＮＡって精巧だよな。

トンネル効果というよりもトンデモ効果
ていうか電子顕微鏡で分子を撮影してるとかいいながら室温で実験してるし
てか原子の動きをどうやって撮影したんだよ
それだけでニュースになるレベルの話なのに先走りすぎ

結合や分離を指示できるナノモーターが有ればどんな造形でも造れるなあ
この分野は面白そう