Butylmethylsulfide is het kleinste moleculaire elektromotortje ooit, meldt de vakgroep van Charlie Sykes (Tufts University). Na Nature Nanotechnology, de BBC-nieuwssite en C2W.nl hopen ze er het Guinness Book of Records mee te halen.

Het ‘motortje’ werkt alleen wanneer het molecuul (een zogeheten thioëther) geïmmobiliseerd wordt op een koperoppervlak. Om precies te zijn op het (111)-vlak van het metaalrooster. De binding met het koper komt hierbij tot stand via één van de twee vrije elektronenparen van de centrale zwavelkern.

Wat je vervolgens ziet gebeuren is dat het molecuul gaat draaien rond die zwavelkern. Dat gaat in rukjes van 60 graden, waarbij de butyl- en methylgroepen steeds weer op dezelfde manier op de onderliggende koperatomen komen te liggen. Innde praktijk gaat deze rotatie zo snel (denk aan 120 omwentelingen per seconde) dat je het molecuul niet kan volgen met een ‘scanning tunneling’-microscoop (STM). Het lijkt alsof het een zespuntige ster is.

Normaal gesproken springt het molecuul precies even vaak de ene kant op als de andere, en kun je het dus moeilijk een motortje noemen. Maar je kunt de rotaties ook versnellen door de metalen tip van de STM te gebruiken als elektrode, en op die manier elektrische energie in het systeem te pompen. En als je dat doet, blijkt zo’n molecuul net iets vaker de ene kant op te klappen als de andere.

Het verschil is maar 5 procent maar het betekent wel dat je netto een rotatie in één richting krijgt. Er valt dus iets te zeggen voor de bewering dat butylmethylsufide dan wél een elektromotor is, zij het niet zo’n beste.

Sykes denkt het ook te kunnen verklaren. In de gasfase is butylmethylsulfide achiraal, maar als het aan koper wordt gebonden gaat het molecuul chiraal gedrag vertonen. Afhankelijk van het elektronenpaar dat op een gegeven moment de zwavel-koperbinding verzorgt, kun je twee vormen waarnemen die elkaars spiegelbeeld zijn. Je zou bijna zeggen: een linksdraaiende en een rechtsdraaiende.

Of het molecuul dan daadwerkelijk naar links of naar rechts draait, hangt af van de STM-naald die je gebruikt. Zo’n naald heeft een tip die maar een paar metaalatomen dik is, en in de praktijk blijken zulke naalden meestal óók een beetje chiraal te zijn. Zeg maar gewoon scheef.

De combinatie van de chiraliteit van het butylmethylsulfide en die van de naald zorgt er vervolgens voor dat één rotatierichting de voorkeur krijgt boven de andere.

Sykes studeert nog op mogelijkheden om dit nieuw ontdekte effect toe te passen in de praktijk.

bron: BBC News