Нанокар Гонка
Nanocar Race — это международное научное соревнование, целью которого является проверка возможности заставить большую молекулу, подвешенную над твердой поверхностью, преодолеть наибольшее расстояние с помощью сканирующего туннельного микроскопа .
Первая гонка заключалась в преодолении дистанции в 100 нанометров и впервые прошла в Тулузе 28 и 29 апреля 2017 года. Вторая гонка прошла в 2022 году, победители преодолели несколько сотен нанометров.
История
[ редактировать ]
Идея гонки была сформулирована учеными Кристианом Иоахимом и Гвенаэлем Рапенн в Тулузе , Франция, в январе 2013 года в журнале ACS Nano . [ 1 ] Был объявлен набор заявок, чтобы дать участвующим командам время подготовить соответствующие наноавтомобили. [ 1 ] Гонка официально объявлена Французским национальным центром научных исследований (CNRS) в ноябре 2015 года в Тулузе во время Футураполиса1. [ 2 ] По этому случаю 27 ноября 2015 года пять команд представили свои прототипные проекты. [ 3 ]
Первая гонка в мире такого типа. [ 4 ] между четырьмя транспортными средствами, начавшийся 28 апреля 2017 г. [ 5 ] на выставке CEMES-CNRS в Тулузе [ 6 ] и продолжалось 36 часов. Организаторы Тулузы также договорились о соревновании еще двух автомобилей, которыми затем будут управлять удаленно через Интернет из гоночного зала CEMES-CNRS на микроскопе собственной лаборатории. Это относится к автомобилям из Огайо и Грац-Райса.
Соревнование
[ редактировать ]Трек
[ редактировать ]
Трасса первого соревнования представляет собой золотое покрытие, оборудованное канавками для обозначения гоночных дорожек, чтобы не потерять транспортные средства. Его длина составляет около 100 нанометров, и он включает в себя два изгиба. [ 6 ] Он расположен в небольшом корпусе, охлаждаемом до -269°C при первичном вакууме 10°С. −10 мбар и наблюдается одновременно четырьмя сканирующими туннельными микроскопами (СТМ). [ 6 ] миниатюризированный для этого мероприятия и работающий на той же поверхности. Каждый микроскоп отвечает за управление одним транспортным средством (одним наноавтомобилем).
В ходе этого соревнования наноавтомобили должны проехать как можно дальше по золотой трассе за 36-часовую гонку. Ожидалась скорость 5 нанометров в час. [ 7 ]
Нанокары
[ редактировать ]Нанокары — это новый класс молекулярных машин, которые могут катиться по твердым поверхностям в структурно определенном направлении. [ 8 ] Это молекулы, состоящие по существу из нескольких десятков или сотен водорода и углерода атомов и имеющие размер от одного до трех нанометров .
Наноавтомобиль шаг за шагом приводится в движение с помощью электрических импульсов и переноса электронов с кончика СТМ. Результирующий туннельный ток протекает через наномашину между кончиком микроскопа и общей металлической дорожкой. Прямого механического контакта с наконечником нет. Таким образом, наноавтомобиль не толкается и не деформируется кончиком микроскопа во время гонки. Некоторые электроны, проходящие через наноавтомобиль, высвобождают энергию в виде небольших внутримолекулярных колебаний, которые активируют двигатель наноавтомобиля.
Издания
[ редактировать ]Гонка нанокаров 2017 I
[ редактировать ]Команды
[ редактировать ]- Швейцария : Swiss Nano Dragster, Базельский университет.
- Франция : Тулузский клуб наномобилей, Университет Поля Сабатье.
- Австрия / США : команда NanoPrix Университета Граца / Университета Райса
- Германия : Компания по производству нано-ветряных мельниц Технический университет Дрездена ( TU Dresden )
- Япония : Нанотранспорт NIMS-MANA Национальный институт материаловедения
- США : Нано-вагон Bobcat, Огайо, Университет Огайо.
Результаты
[ редактировать ]Гонку на золотом покрытии выиграла швейцарская команда, которая первой пересекла финишную черту, преодолев дистанцию в 133 нанометра. [ 9 ]
На серебряном покрытии автомобиль австрийско-американской команды из Университета Райс и Университета Граца установил первый рекорд скорости с максимальной скоростью 95 нанометров в час. [ 10 ] и получил одинаковую оценку со швейцарской командой, участвовавшей в гонках по золотой поверхности, поскольку движение того же нанокара по серебряным поверхностям медленнее, чем по золотым. [ 11 ] Этим транспортным средством управляли дистанционно из гоночного зала Тулузы с помощью микроскопа Университета Граца. [ нужна ссылка ] Особые свойства химической структуры, а также совершенно новая техника манипуляций (без трудоемких этапов визуализации) сделали этот наноавтомобиль очень быстрым. [ 12 ] Эти свойства даже позволили ему преодолеть дистанцию более 1000 морских миль после завершения официального гоночного трека.
Американская команда из Университета Огайо без видимой причины повернула назад после 20 нанометров, немецкая команда сломала 2 машины, не имея возможности перезапуститься, а японская команда в итоге сдалась. [ 10 ] Французская команда потеряла свою машину из виду на своей площадке и тоже была вынуждена покинуть гонку, утешившись символическим призом «самой элегантной машины соревнований». [ 10 ]
Гонка Нанокаров 2022 II
[ редактировать ]Команды [ 13 ] [ 14 ]
[ редактировать ]- Франция – Япония : Тулуза-Нара, Тулуза III – Университет Поля Сабатье . CEMES ( CNRS ) и Нарский институт науки и технологий
- США – Австрия : наноприкс Райс-Грац, Университет Райса и Университет Граца.
- Германия : GAZE, Технический университет Дрездена.
- США : Огайо Бобкэт Нановагон, Университет Огайо.
- Франция : StrasNanocar, Страсбургский университет и Страсбургский институт физики и химии материалов (IPCMS)
- Испания : САН-СЕБАСТЬЯН, Международный физический центр Доностия и Университет Сантьяго-де-Компостела.
- Япония : НИМС-МАНА, Национальный институт материаловедения ( Цукуба )
- Испания – Швеция : NANOHISPA, Институт нанонауки IMDEA ( Мадридский университет ) и Университет Линчёпинга.
Результаты
[ редактировать ]NANOHISPA и NIMS-MANA заняли первое место, оба сделали около 54 витков и покрыли длину волны 678 нм и 1054 нм соответственно. Первый продемонстрировал смену полосы движения для объезда, а второй пересек траншею и пошел обратно. «СтрасНанокар» занял третье место, преодолев 476 морских миль и выполнив 28 поворотов. [ 14 ]
Научный интерес
[ редактировать ]Чтобы сделать такую гонку возможной, нужно было заранее решить немалое количество проблем, таких как выбор трассы и ее подготовка, совершенствование приборов контроля и управления, в частности чувствительности измерений тока, испарения большое количество очень разных молекул на одной поверхности и проверка под микроскопом [ 15 ]
Среди преимуществ CNRS называет разработку молекулярных двигателей и тех-атомов, которые сделают возможным в будущем изготовление квантовых электронных схем на поверхности изолятора, атом за атомом, размер вычислительных частей которых будет меньше 1 нм.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Иоахим, Кристиан; Рапенн, Гвенаэль (22 января 2013 г.). «Нанокары с молекулярной концепцией: шасси, колеса и двигатели?» . АСУ Нано . 7 (1): 11–14. дои : 10.1021/nn3058246 . ISSN 1936-0851 .
- ^ «NanoCar Race: гонки маленьких машин для великих учёных» . La Dépêche du Midi (на французском языке). 30 ноября 2017 г. . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ «NanoCar Race, первые международные гонки молекул-автомобилей» . Национальный центр научных исследований . 24 ноября 2015 года . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ Кастельвекки, Давиде (2017). «Водители готовятся к первой в мире гонке нанокаров» . Природа . 544 (7650): 278–279. Бибкод : 2017Natur.544..278C . дои : 10.1038/544278a . ПМИД 28426017 .
- ^ Донован Тибо (29 апреля 2017 г.). «Гонка NanoCar, путь бесконечно малого для гига-дефи» . Экспресс . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с « Наноавтомобили скоро отправятся на автогонки» (на французском языке). Агентство Франс-Пресс . 28 апреля 2017 г. Проверено 2 декабря 2018 г. - через Le Point .
- ^ Эрван Лекомт (6 апреля 2017 г.). «Гонка нанокаров: верхний старт в 10:45 для гонки молекул» [Гонка на нанокарах: лучший старт в 10:45 для гонки молекул]. sciencesetavenir.fr (на французском языке) . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ J. AM. CHEM. SOC. 9, 128,14, 2006, 4857
- ^ Жюльен Лоссон (1 мая 2017 г.). «NanoCar-Race: Швейцария выигрывает первую гонку на молекулярных автомобилях» . Нумерама (на французском языке) . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ Jump up to: а б с Эрван Лекомт (2 мая 2017 г.). «Гонка нанокаров: молекулярный гоночный автомобиль оставляет конкурентов на месте» . sciencesetavenir.fr (на французском языке) . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ «Classement officiel» [Официальная классификация]. nanocar-race.cnrs.fr (на французском языке). 2018 . Проверено 2 декабря 2018 г.
- ^ Симпсон, Грант Дж.; Гарсиа-Лопес, Виктор; Петермайер, Филипп; Гриль, Леонард; Тур, Джеймс М. (2017). «Как построить быстрый наноавтомобиль и участвовать в гонках» [GJ Simpson et al., Nature Nanotech. 12, 604 (2017)]. Природные нанотехнологии . 12 (7): 604–606. Бибкод : 2017НатНа..12..604С . дои : 10.1038/nnano.2017.137 . ПМИД 28681857 .
- ^ «Вторая гонка NanoCar Race началась хорошо» . Новости CNRS . Проверено 29 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б Шледовец, Юрий. «Nanocar Race II — Проект MEMO» . www.memo-project.eu . Проверено 29 марта 2022 г.
- ^ Жюльен Лоссон (28 апреля 2017 г.). «NanoCar-Race: все о гонках молекулярных машин» . Нумерама (на французском языке) . Проверено 2 декабря 2018 г.