根據一項新的研究，一個氫分子可能是一個真正的“小引擎”。很難想象有比這更小的引擎了。
德國和西班牙的物理學家已經證明，一個在兩個可能位置之間跳動的氫分子可以引發附近懸臂的規則振動——本質上是一個由石英制成的微型音叉。
考慮到氫分子（H2）相對於懸臂的微小尺寸，分子的影響絕非易事。“一個單分子，實際上是我們擁有的最小分子，能夠激發宏觀物體的運動，”物理學家何塞·伊格納西奧·帕斯夸爾說，他目前在西班牙聖塞巴斯蒂安的CIC nanoGUNE Consolider研究中心工作，他在柏林自由大學工作期間領導了這項研究。“如果分子像我一樣是一個人，那麼懸臂就像珠穆朗瑪峰一樣。” 帕斯夸爾和他的柏林同事在11月9日的《科學》雜誌上報告了他們的實驗結果。
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儘管氫分子在隨機時間切換位置，但氫分子自身振動和音叉固有振動頻率之間的共振會將隨機性轉化為懸臂的規則振盪，本質上是從噪聲中收集能量。（但這並非永動機——物理學家施加電流以刺激氫分子的波動。）
新演示中使用的懸臂型別以其有序的振盪而聞名。“它實際上與你石英手錶中的音叉相同，”帕斯夸爾說。他和他的同事將石英梁固定在原子力顯微鏡的末端——原子力顯微鏡是一種掃描探針，其感測器尖端類似於微型唱機針——同時也可以作為向氫分子提供電流的電極。氫分子的電流感應波動在其兩種狀態之間交替吸引和排斥顯微鏡的尖端，從而驅動懸臂上下移動。但研究人員發現，懸臂的運動反過來會影響氫分子的波動，這取決於原子力顯微鏡尖端的接近程度。兩個系統——分子和音叉——之間的反饋可以調整到驅動懸臂產生驚人大幅度振動的共振。
分子運動的新利用體現了一種稱為隨機共振的現象，它連線了隨機和有序的世界。隨機共振是“將週期性事物與噪聲事物耦合的一種方式”，帕斯夸爾說。“在這種情況下，事實證明耦合非常有效。” 他補充說，這種共振可能有助於構建由單分子或其他微小物驅動的奈米級電機，這些微小物的隨意波動可以被利用產生協調運動。