分子马达新突破：阿基米德螺旋缩成单分子，... Features
据科学日报（ScienceDaily）2026年11月1日报道，奥格斯堡大学领衔的国际团队造出了首个由电流直接驱动、两端牢牢固定在金属电极上、并且旋转方向可以随电压极性反转的分子马达；更出人意料的是，这个直径仅百万分之一毫米量级的螺旋分子在旋转时，导电能力最高可提升100倍。相关论文已刊于《自然》（Nature）。
原配反击从阿基米德螺旋到纳米级单分子螺杆
阿基米德螺旋是公元前三世纪流传下来的提水装置，靠一根旋转的螺旋把水往高处送。哥本哈根大学迈克尔·皮特尔科（Michael Pittelkow）教授团队把这套原理搬到分子尺度：他们合成出一种螺旋状分子，尺寸只有百万分之一毫米的几倍，两端通过硫原子牢牢附着在金表面上。它运送的不再是水，而是电子——电流穿过螺旋时，分子本身随之转动。这一设计与此前的电驱动分子马达有本质区别。2011年科学家首次做出电流驱动的分子马达，但那些装置必须依附于固体表面，并依靠扫描隧道显微镜的针尖来带动。新方案让分子真正成为一台两端接线的独立机器。
深夜密会电流驱动的分子马达为何能双向旋转
实验在以色列魏茨曼科学研究所完成。奥伦·塔尔（Oren Tal）教授与阿尼尔·库马尔·辛格（Anil Kumar Singh）博士把单个分子架在两个被削尖到原子尺度的金电极之间，通过精调电极间距，对这根分子螺杆施加拉伸或压缩。通电之后，测量数据显示分子开始旋转；把电压的极性反过来，旋转方向也随之反向。这是第一次同时做到三件事：由电流驱动、与两个金属电极牢固连接、旋转方向可控。驱动力的来源并不神秘——电子穿过螺旋结构时把角动量交给分子骨架，就像流动的空气推动风力发电机叶片。螺旋的“手性”决定它对电流的响应方式，效果类似右旋螺纹与左旋螺纹的差别。当外加电压超过某个阈值，摆动便转为连续旋转。
同回酒店关键数据与事件年表
| 项目 | 具体内容 |
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| 论文发表 | 《自然》（Nature），2026年，DOI: 10.1038/s41586-026-11312-x |
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| 新闻发布 | 2026年11月1日，奥格斯堡大学 |
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| 分子尺寸 | 百万分之一毫米的几倍（纳米量级） |
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| 电导率提升 | 最高100倍，即两个数量级 |
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| 首例电驱动分子马达 | 2011年，依赖扫描隧道显微镜针尖 |
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| 分子机器获诺贝尔化学奖 | 2016年 |
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| 理论计算平台 | 奥格斯堡大学LiCCA超级计算机 |
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| 主要资助 | 德国研究基金会SFB 1585（项目号492723217）、欧洲研究理事会Horizon 2020（Grant 864008） |
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静止时被“躲开”的构型才是导电高手
旋转为何能大幅提升导电性？奥格斯堡大学第一理论物理教席的法比安·保利（Fabian Pauly）教授带着博士生莱昂·马丁（Léon Martin）和伊藤悠太（Yuta Ito），在LiCCA超级计算机上做了量子力学模拟。计算显示，分子的导电能力随其旋转角度剧烈起伏，最高与最低之间相差两个数量级。原因相当反直觉：导电最好的那些构型，恰恰是分子静止时天然回避的角度，只有转起来才能把它们“打开”。马丁解释说：“令人惊讶的是，正是分子静止时避开的那些位置导电性最好，只有旋转才让这些位置变得可达。”这一结果说明，分子运动不只是消耗电能，它本身就能深刻改变电流通过机器的方式。
五国团队如何解开电流上升之谜
实验中能测到的只有电流，纳米接触内部究竟发生了什么，肉眼与仪器都看不见。哥本哈根尼尔斯·玻尔研究所的佩尔·赫泽高（Per Hedegård）与武汉华中科技大学的吕京涛（Jing-Tao Lü）加入后，团队用模拟结果搭出一个简化理论模型，成功复现了实验中的旋转以及随之而来的电流上升。伊藤悠太表示：“在实验里你只看到电流，我们的计算让我们窥见纳米接触内部发生的事。正是靠多个国家实验与理论的紧密合作，电流增加的谜团才被解开。”保利则补充：“我们已经证明，电流可以用来产生定向旋转，而这种旋转反过来又控制电流。这是极端微型化机器的一种全新工作原理。”
分子电子学与自旋电子学的新想象
这项成果的落点不止于“会转的分子”。它可能推动分子电子元件的发展，也为自旋电子学——利用电子自旋而非电荷来传递信息——提供新思路；在需要操控极微量流体的微流控系统中，同样存在应用空间。更根本的价值在于工具性：它给科学家提供了一个在原子尺度研究物理过程的新平台，把“电变转动、转动又调电”写进未来纳米机器的设计手册。奥格斯堡大学方面表示，该 computational 工作由德国研究基金会通过SFB 1585资助，合作机构还获得欧洲研究理事会、以色列科学基金会（2129/23）、米涅瓦基金会、维卢姆基金会、诺和诺德基金会、丹麦独立研究基金以及中国国家重点研发计划和国家自然科学基金的支持。
常见问题
Q1: 这个分子马达与2011年的电驱动分子马达有何不同？
A1: 早期设计依附在固体表面，靠扫描隧道显微镜针尖带动，旋转方向不易独立控制。新装置把单个螺旋分子架在两个原子级金电极之间，电流直接推动其旋转，改变电压极性即可反转方向，是首个兼具电流驱动、双电极连接与方向可控三个特征的分子马达。
Q2: 电导率提升100倍意味着什么？
A2: 意味着分子的转动状态可以直接当作“开关”或“放大器”来调节电流。量子模拟显示，导电最优的分子构型恰是静止时被回避的角度，只有旋转才能抵达，因此运动与导电在同一台纳米机器里形成了耦合关系。
从公元前三世纪的提水螺旋，到2026年《自然》论文里的单分子螺杆，人类用两千多年把一台机器缩小了上亿倍。分子马达的下一步，是从单个演示走向可集成、可量产的器件。
