Физики-теоретики из Университета Ланкастера (Lancaster University), Великобритания, разработали модель необычного наномотора, приводящегося в движение электронным ветром. Благодаря нанотехнологиям вскоре можно будет сделать подобное устройство и использовать его в наноробототехнике.

НЭМС будущего должны работать не только в составе лабораторий-на-чипе, микроэлектронике и других «земных» областях применения, но и в безвоздушном пространстве. При этом разработка нанотехнологами самого важного элемента НЭМС – наноактюатора остается на том же уровне развития, что и в 90х годах прошлого века.

Однако ученые из Ланкастерского Университета, похоже, изобрели способ, на основе которого можно сконструировать сразу несколько типов различных наноразмерных актюаторов. При этом способы подвода к ним энергии будут разными – в зависимости от конкретно поставленной задачи.

Устройство больше похоже на телескоп, чем на «ветряную мельницу», – поясняет Стивен Бэйли (Steven Bailey), один из исследователей Ланкастерского Университета.

Основа устройства – двухслойная углеродная нанотрубка с разрывом посредине, внешняя часть которой соединена с золотыми электродами (см. рис.). А внутренняя находится в свободном состоянии, представляя собой ротор.

Рис. 1. «Мельницы» на электронном ветре

В другом варианте «нано-ветряка» внешняя нанотрубка соединена с одним электродом, в то время как внутренняя и прикреплена к ртутному электроду, при этом ее свобода вращения сохраняется. Такая версия называется «нанотрубочная дрель».

Почему же ученые назвали оба устройства «ветряными мельницами»? Все очень просто – если приложить постоянное напряжение между электродами, то образуется электронный ветер, вызывающий вращение ротора – внутренней нанотрубки. Отсюда и название – в обычных ветряках вращение создается тоже ветром, хотя и не таким специфическим.

Проток электронов через нанотрубку создает угловой момент, тангенциальная составляющая которого и вызывает вращение внутренней нанотрубки. По расчетам электронный ветер достаточно силен, чтобы превысить силу трения между внешней и внутренней нанотрубками. Более того, скорость вращения ротора может составлять до 8000 метров в секунду.

Интересно и то, что для работы наномотора не обязательно наличие внешнего электрического источника питания. Достаточно создать разницу давлений!

Так, если заменить электроды резервуарами с атомами, то внешним изменением давления можно вызвать их движение вдоль нанотрубки, что также вызовет вращение ротора – так утверждает Стивен.

Другой принцип питания наномотора – использование разницы температур между концами внешней нанотрубки, что вызовет проток фононов через нее. А это также спровоцирует вращение ротора.

Применения нового наноактюатора не заставляют себя ждать – это и молекулярные насосы, и элементы памяти (ротор можно отклонить на определенный угол), и традиционно – как основа НЭМС.

Рис. 2. Мотор Алекса Зеттла

Простота и многофункциональность актюатора позволяют надеяться, что из стадии математической модели он перейдет и в лабораторные исследования на реальных прототипах. Это было бы очень полезно в наноробототехнике, так как многие технологические приемы остались прежними еще с 90х годов прошлого века.

Напомним, что уже предпринимались попытки сделать наноактюатор вращательного действия на основе нанотрубки Алексом Зеттлом. Однако его размеры достаточно велики – около 400 нанометров. Многослойная нанотрубка, использованная Алексом, служила в качестве вала. В текущей модели налицо радикальный подход к миниатюризации наноактюатора – что-то меньшее по размеру уже достаточно трудно придумать.

Свидиненко Юрий