近年来，人工分子马达引起了科学家们的浓厚兴趣。生物体内的分子马达可以将化学能转化为各种形式的机械运动，是生物体运动的原动力。通过设计新分子及其周围的物理环境，人工分子马达可以将各种形式的能量转变为机械运动。对人工分子马达的研究有望在分子尺度上实现各种可控的智能纳米机器，从而实现纳米世界的“工业革命”。目前，人工分子马达的研究必须要解决两个问题：单个功能分子马达的固定和分子马达的可控与集成技术。

 

最近，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室高鸿钧研究组高利等人在分子马达的研究中取得重要进展。他们首次实现了金表面上具有固定偏心轴的单分子转子，及其大面积的有序组装。他们使用的分子是(t-Bu)4-ZnPc。分子中的N原子和金表面上的Au原子形成化学键，从而为分子提供了一个固定的转动轴。这个固定的转动轴不在分子的中心。偏心轴为单分子转子的功能扩展提供了平台。如果将分子中心的Zn原子替换成磁性原子（Fe，Co），可以得到在纳米尺度上旋转的磁场，借此可以制作纳米单分子发电机。此外，他们利用金表面的重构结构首次实现了单分子转子的大面积组装，为分子马达的集成提供了思路。

 

该项工作的结果发表在11月份的Physical Review Letters上，并引起了国际同行的广泛关注，被选为Physical Review Letters的“Editors' Suggestion”；美国物理学会的Physics对该结果进行了亮点报道，标题为“Spinning on a gold atom”；英国物理学会physicsworld.com和nanotechweb.org均将此结果作为头条新闻报道，标题为“Nanorotors move together”。 该项工作与中国科学院化学研究所刘云圻研究员和英国利物浦大学W.A. Hofer教授进行了合作。

 

该工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部和中国科学院的部分资助。（来源：中国科学院物理研究所）

 

 

PRL发表论文全文