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Motor Molecular

O movimento aleatório de uma molécula de hidrogênio pode induzir a oscilação de uma estrutura muito maior.

John Matson
Imagem: Chribbe76 via Wikimedia Commons
Molécula de hidrogênio induz vibração por ressonânica de uma estrutura de quartzo semelhante à de relógio, como mostrada na foto. 

De acordo com um novo estudo, uma molécula individual de hidrogênio pode ser um verdadeiro motorem miniatura. Seriadifícil imaginar um motor menor que esse.

Físicos alemães e espanhóis demonstraram que uma molécula de hidrogênio dançando entre duas posições possíveis pode induzir vibrações regulares em um cantilever próximo – essencilamente um diapasão em miniatura feito de quartzo.

O efeito da molécula não é nada pequeno, dado o tamanho reduzido de uma molécula de hidrogênio (H2) em relação ao cantilever. “Uma única molécula, na verdade a menor molécula que temos, é capaz de provocar o movimento de algo macroscópico”, declarou o físico Jose Ignacio Pascual, atualmente no centro de pesquisa CIC nanoGUNE Consolider em San Sebastián, na Espanha, que comandou a pesquisa enquanto trabalhava na Free University de Berlim. “Se a molécula fosse uma pessoa, como eu, o cantilever seria algo como o Monte Everest”. Pascual e seus colegas de Berlim relataram seus resultados experimentais no volume de 9 de novembro da Science.

Apesar de a molécula de hidrogênio mudar de posição em momentos aleatórios, a ressonância entre as vibrações da própria molécula e da taxa de vibração do diapasão convertem essa aleatoriedade em oscilações regulares no cantilever, essencialmente coletando energia do ruído. (Mas esse não é um moto-perpétuo – os físicos aplicaram uma corrente elétrica para acelerar as flutuações da molécula de hidrogênio).

O tipo de cantilever da  nova demonstração é bem conhecido por suas oscilações ordenadas. “Esse é o mesmo diapasão de um relógio de quartzo”, observa Pascual. Ele e seus colegas afixaram o feixe de quartzo à ponta de um microscópio de força atômica – uma sonda com uma ponta sensorial parecida com uma agulha fonográfica – que também funciona como eletrodo para levar correntes elétricas até a molécula de hidrogênio. A flutuação da molécula de hidrogênio entre seus dois estados, induzida por corrente elétrica, atraía e repelia a ponta do microscópio, conduzindo o cantilever para cima e para baixo. Mas os pesquisadores descobriram que o movimento do cantilever poderia influenciar as flutuações da molécula de hidrogênio, o que depende da proximidade da ponta do microscópio de força atômica. O feedback entre os dois sistemas – molécula e diapasão – pode ser determinado para ressonâncias que levam o cantilever a vibrações de amplitudes surpreendentemente altas.

O novo aproveitamento de movimento molecular exemplifica um fenômeno chamado de ressonância estocástica, que une os mundos do aleatório e do ordenado. Uma ressonância estocástica é “uma maneira de unir algo periódico a algo ruidoso”, explica Pascual. “Nesse caso, o que acontece é que as uniões são muito eficazes”. Essas ressonâncias, adiciona ele, poderiam ser úteis para construir motores em escala nanométrica conduzidos por moléculas individuais ou outros objetos minúsculos, com flutuações aleatórias que poderiam ser coletadas para produzir um movimento coordenado. 
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