Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Molekulare Motoren mit Lichtantrieb

07.07.2003


Japanische Forscher schaffen die theoretischen Grundlagen für molekulare Motoren, die durch Licht angetrieben werden

... mehr zu:
»Fünfecks »Laserpuls »Propeller »Rotor

Der Traum von nanoskopischen Robotern beschäftigt die Menschheit seit langem. Und inzwischen scheint dieser Traum durchaus realistische Züge anzunehmen. So hat die Nanowissenschaft bereits Bauteile für Maschinen in Molekülgröße hervorgebracht. Japanische Wissenschaftler haben jetzt anhand quantenmechanischer und klassisch-mechanischer Betrachtungen durchgerechnet, wie ein solcher molekularer Motor funktioniert.

Der molekulare Motor der Forschergruppe um Yuichi Fujimura besteht aus einem Kohlenstoff-Fünfring mit zwei Doppelbindungen als Grundkörper. An der Spitze des Fünfecks befindet sich eine Aldehyd-Gruppe (ein Kohlenstoffatom mit einem Wasserstoff- und einem per Doppelbindung gebundem Sauerstoffatom) als asymmetrisches Rotorblatt. Sie ragt in einem 60o-Winkel aus der Ebene des Fünfecks heraus und ist frei drehbar. An den beiden "Schultern" des Fünfecks sind zwei verschiedene "Dämpfer" gebunden, die für eine kontrollierte Rotation des Rotors notwendig sind: ein Chloratom und eine Methylgruppe.


Um den Propeller in Rotation zu versetzen, muss eine äußere Kraft angelegt werden, etwa das elektromagnetische Feld einer Lichtwelle. Und was wäre da besser geeignet als ein Laserpuls. Laserlicht zeichnet sich durch seine Kohärenz aus, das heißt, alle Lichtteilchen schwingen mit derselben Amplitude und sind genau in Phase. So entsteht ein einheitliches elektromagnetisches Wechselfeld mit sehr hoher Energie.

Die elektromagnetischen Kräfte des Laserpulses "schubsen" das Rotorblatt an. In jeder Drehrichtung steht der Rotor allerdings vor einer Barriere aufgrund von Abstoßungskräften durch die Dämpfer. In der "Zündungsphase" pendelt der Rotor daher zunächst erst einmal hin und her. Wird die Pendelbewegung stärker, schafft es der Rotor, die Energiebarriere des etwas schwächeren Dämpfers, der Methylgruppe, zu überwinden - und kommt damit ins Rotieren. Schneller, immer schneller dreht er sich in dieser Beschleunigungsphase,um dann zunächst gleichmäßig mit konstanter Geschwindigkeit weiterzudrehen. Die Drehrichtung des Propellers hängt von der Lage der beiden Dämpfer ab: Der molekulare Motor kann als Bild oder als Spiegelbild aufgebaut sein, so sind rechts und links herum drehende Propeller zugänglich. Weitere Eigenschaften des Motors, etwa das Drehmoment, können über die Größen des Laserpulses wie Frequenz, Dauer, Form und Intensität, gesteuert werden.

Kontakt:

Prof. Y.Fujimura
Department of Chemistry
Graduate School of Science
Tohoku University
Sendai 980-8578, Japan
Fax: (+81) 22-217-7715
E-mail: fujimura@mcl.chem.tohoku.ac.jp

Dr. Renate Hoer | idw
Weitere Informationen:
http://www.angewandte.org

Weitere Berichte zu: Fünfecks Laserpuls Propeller Rotor

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie