Une équipe de scientifiques de l'Université de l'Ohio, Laboratoire National d'Argonne, L'Université de Toulouse en France et le Nara Institute of Science and Technology au Japon dirigés par le professeur de physique de l'Ohio Saw-Wai Hla et le professeur Gwenael Rapenne de Toulouse ont développé une hélice moléculaire qui permet des rotations unidirectionnelles sur une surface matérielle lorsqu'elle est sous tension.

Dans la nature, les hélices de molécules sont vitales dans de nombreuses applications biologiques allant des bactéries nageuses au transport intracellulaire, mais des hélices moléculaires synthétiques, comme ce qui a été développé, sont capables de fonctionner dans des environnements plus difficiles et sous un contrôle précis. Ce nouveau développement est une hélice moléculaire à plusieurs composants spécialement conçue pour fonctionner sur des surfaces solides. Cette petite hélice est composée de trois composants; un engrenage moléculaire en forme de cliquet comme base, une hélice tripale, et un atome de ruthénium agissant comme un roulement à billes atomique qui relie les deux. La taille de l'hélice n'est que d'environ 2 nanomètres (nm) de large et 1 nm de haut.

"La particularité de notre hélice est sa conception multi-composants qui devient chirale sur la surface du cristal d'or, c'est-à-dire qu'il forme des engrenages inclinés à droite ou à gauche, " a déclaré Hla. "Cette chiralité dicte le sens de rotation lorsqu'elle est sous tension."

Hla et son équipe ont également pu manipuler et enregistrer mécaniquement les rotations pas à pas de la molécule. Cela leur permet de comprendre les mouvements de détail au niveau d'une seule molécule, permettant une visualisation directe de la rotation des hélices moléculaires individuelles à partir d'images acquises à chaque pas de rotation.

La rotation se produit par un champ électrique appliqué, par transfert d'énergie électronique ou par force mécanique avec une pointe de microscope à effet tunnel. Grâce à cette alimentation électrique, les scientifiques peuvent contrôler la rotation et éteindre l'hélice en lui refusant toute énergie.