Les nanomécaniques de l'Université Rice et de l'Université de Houston se préparent à faire tourner leurs moteurs pour la deuxième course internationale de Nanocar.

Alors qu'ils devront pomper les freins un peu plus longtemps que prévu, comme la course a été repoussée d'un an jusqu'en 2022, l'équipe basée à Rice va de l'avant avec de nouvelles conceptions introduites dans l'American Chemical Society Journal de chimie organique .

Les travaux menés par les chimistes James Tour of Rice et Anton Dubrovskiy de l'Université de Houston-Clear Lake améliorent les voitures avec des roues de tert-butyle qui devraient les aider à naviguer sur le parcours tracé sur une surface d'or, avec des pylônes constitués de quelques atomes bien placés.

À l'instar de leur participation gagnante de la première course internationale Nanocar en 2017, ces nanocars ont des moments dipolaires permanents pour augmenter leur vitesse et leur maniabilité en surface.

"Les dipôles permanents rendent les voitures plus susceptibles d'être influencées par les gradients de champ électrique, qui servent à les propulser et à les manœuvrer, " a déclaré Tour. " C'est une fonctionnalité que nous avons introduite pour la première compétition, et je suis sûr que de nombreuses candidatures auront désormais cet élément de conception avancé intégré à leurs nanocars. »

Les modèles de cette année sont également plus légers, un peu plus que les 100 atomes minimum requis par la nouvelle réglementation. "La voiture que nous avons utilisée lors de la première course n'avait que 50 atomes, " a déclaré Tour. " Il s'agit donc d'une augmentation substantielle du poids moléculaire, comme l'exigent les normes mises à jour. "Il est probable que les organisateurs de la course aient voulu nous ralentir depuis la dernière fois, quand nous avons terminé les 30 heures de course en seulement 1h30, " il a dit.

Pour amener les voitures au-delà des 100 atomes tout en rationalisant leurs synthèses, les chercheurs ont utilisé un processus modulaire pour fabriquer cinq nouvelles voitures entièrement en tert-butyle, toutes les roues en adamantyle (comme dans les nanocars précédentes) ou des combinaisons des deux.

A 90 atomes, voitures avec uniquement des roues en butyle, qui minimisent les interactions avec la piste, et les châssis plus courts étaient trop petits. En utilisant des combinaisons de roues, le laboratoire Rice a fabriqué des nanocars avec 114 atomes. "Cela maintient le poids au minimum tout en répondant aux exigences de la course, ", a déclaré la tournée.

Les nanocars seront à nouveau conduites par une équipe de l'Université de Graz en Autriche dirigée par le professeur Leonhard Grill. L'équipe a franchi la ligne d'arrivée avec le véhicule Rice en 2017 et possède une énorme expertise dans les manipulations dirigées par microscope à effet tunnel, Tour dit. Les groupes Grill et Tour se retrouveront en France pour la course.

L'objectif global du concours est de faire progresser le développement de nanomachines capables de travailler réellement, comme transporter une cargaison à l'échelle moléculaire et faciliter la nano-fabrication.

"Cette course repousse les limites de la conception des nanocars moléculaires et des méthodes pour les contrôler, " Tour a déclaré. " Donc, à travers ce processus compétitif, l'expertise mondiale est élevée et l'ensemble du domaine de la nanomanipulation est encouragé à progresser d'autant plus vite."

La course, initialement prévu pour l'été prochain, a été retardée par la pandémie. Les coureurs devront encore se rassembler en France pour être encadrés par les juges, mais toutes les équipes contrôleront leurs voitures via Internet sur des pistes sous des microscopes à effet tunnel dans leurs laboratoires à domicile.

« Donc, les pilotes seront ensemble, et les voitures et les pistes seront dispersées à travers le monde, " dit Tour. " Mais la distance de chaque piste sera identique, à quelques nanomètres près."

L'entrée Rice-Graz a remporté la course 2017 avec un astérisque, car sa voiture se déplaçait si rapidement sur la surface dorée qu'il était impossible de capturer des images pour juger. L'équipe a ensuite été autorisée à courir sur une surface argentée offrant une résistance suffisante et a terminé le parcours de 150 nanomètres en 90 minutes.

"Le parcours était censé avoir été de seulement 100 nanomètres, mais l'équipe a été pénalisée pour ajouter 50 nanomètres supplémentaires, " dit Tour. " Finalement, ce n'était de toute façon pas un obstacle. » Le premier prix sur la piste d'or est allé à une équipe suisse qui a terminé un parcours de 100 nanomètres en six heures et demie.

Le laboratoire de Tour a construit la première voiture à molécule unique au monde en 2005 et elle a connu de nombreuses itérations depuis, avec le développement connexe de moteurs moléculaires qui forent à travers les cellules pour délivrer des médicaments.

L'étudiant diplômé de Rice, Alexis van Venrooy, est l'auteur principal de l'article. Les co-auteurs sont l'ancien élève de Rice Victor García-López et le premier cycle John Tianci Li. Dubrovskiy est professeur adjoint de chimie à l'Université de Houston-Clear Lake et professeur invité à Rice. La tournée est le T.T. et W.F. Chaire Chao en chimie ainsi que professeur d'informatique et de science des matériaux et nano-ingénierie à Rice.