车手们为世界上第一场纳米汽车比赛加油

来自三大洲的六支车队正在为本月在法国南部打磨的金色赛道上的独特比赛做准备。但是，这并不是一场豪华的超级跑车赛事：竞争对手将赛车单个分子。他们的目标是在36小时内将它们移动到100纳米的距离（大约是人类头发宽度的千分之一）上，并将其置于真空中并冷冻至比绝对零高几度的实验室轨道上。

这次比赛被标榜为世界上第一个nanocar种族，目的是让人们激动关于纳米技术和分子机器，说协办基督教约阿希姆，谁在图卢兹，其中中心材料的制作与结构研究工作的化学家活动将举行。他和图卢兹-保罗·萨巴蒂尔大学的化学家GwénaëlRapenne进行了比赛，在约阿希姆（Joachim）接受记者采访后意识到，纳米汽车比他在纳米技术的基本方面的研究吸引了更多的公众关注。

这场比赛还可能为参赛者提供科学见解，他们希望更多地了解他们的单个分子如何与表面相互作用。与会人员说，这可能有助于催化剂的设计，并且从长远来看，进一步有助于建立分子规模的技术来运输货物或信息。约阿希姆说：“这是一个巨大的实验，许多人同时进行。” （独立于自然新闻团队的自然纳米技术是这项比赛的赞助商。）

电子驾驶

纳米汽车一词实际上是一个错误的名词，因为参与这场比赛的分子没有马达。（Joachim说，未来的种族可能会包含它们。）目前尚不清楚这些分子是否会像货车一样滚动：有些设计可能可行，但许多设计缺少轴和轮。驾驶员将使用扫描隧道显微镜（STM）尖端的电子来帮助使它们的分子沿每次震荡移动，通常每次仅0.3纳米，从而使100纳米“相当长的距离”，美国大学物理学家Leonhard Grill指出。奥地利格拉茨，他在比赛中共同领导一个美国奥地利队。

参赛者不得使用STM尖端直接推动其分子。一些团队设计了分子，以使传入的电子提高其能态，从而引起振动或分子结构的变化，从而使赛车手震颤。其他人则期望来自电子的静电排斥是主要驱动力。日本筑波国家材料科学研究所的有机化学家Waka Nakanishi设计了一种带有两套“襟翼”的纳米汽车，当该分子由STM尖端通电时，它们会像蝴蝶的翅膀一样飘动。她说，参加比赛的部分原因是要获得图卢兹实验室最先进的STM的使用权，以便更好地了解该分子的行为。

雅典俄亥俄州大学的化学家埃里克·马森（Eric Masson）希望找出团队汽车的“轮子”（南瓜状的原子团）会在表面上滚动还是简单滑动。“我们想更好地了解分子与表面之间相互作用的本质，”马森说。

仅仅看比赛进度是成功的一半。每次尝试颠簸之后，车队将花三分钟时间用STM扫描赛道，每小时之后，他们将制作一个简短的动画，并立即在线发布。乔阿希姆说，这样一来，每个人几乎都能看到比赛直播。

纳米种族

化学家以前曾制造出带有轮轴的微型汽车，以及分子转子和开关。授予纳米机械创造者的2016年诺贝尔化学奖重新唤起了人们对该领域的兴趣。约阿希姆说，然而，诺贝尔奖获得者主要是处理溶液中的大量分子，而这一种族的研究人员则专注于单个分子与固体表面之间的相互作用。

但是，纳米级汽车的行为与现实生活中的同类汽车不同，因此很难找到这些机器的用途。在这些尺度下，静电力占主导地位，随机的热振动不断晃动周围的分子。因此，纳米机器最终可能会以意想不到或无法预测的方式运行。

图卢兹实验室有一个不寻常的STM，带有四个扫描尖端-大多数只有一个-可以让四支球队同时比赛，每支球队都在黄金表面的不同区域进行比赛。六支队伍将在本周比赛中获得四个位置之一的资格；决赛将于4月28日当地时间上午11点开始。比赛期间，参赛者将面临许多障碍。乔阿希姆说，比赛中的单个分子经常会丢失或被卡住，最棘手的部分可能是在赛道上进行两次转弯谈判。他认为，赛车手可能需要多次重启才能覆盖全程。