Nanocar Race es una competición científica internacional cuyo objetivo es comprobar el rendimiento de conseguir que una molécula grande suspendida sobre una superficie sólida cubra la mayor distancia posible con el uso de un microscopio de efecto túnel .
La primera carrera, que consistió en superar una distancia de 100 nanómetros , se celebró por primera vez en Toulouse los días 28 y 29 de abril de 2017. En 2022 se celebró una segunda carrera en la que los ganadores recorrieron varios cientos de nanómetros.
La idea de la carrera fue formulada por los científicos Christian Joachim y Gwénaël Rapenne en Toulouse , Francia, en enero de 2013 en la revista ACS Nano . [1] Se lanzó una convocatoria de solicitudes para dar tiempo a los equipos participantes para preparar nanocoches apropiados. [1] La carrera fue anunciada oficialmente por el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) francés en noviembre de 2015 en Toulouse durante Futurapolis1. [2] En esta ocasión, cinco equipos presentaron sus proyectos de prototipos el 27 de noviembre de 2015. [3]
La primera carrera del mundo de este tipo [4] , entre cuatro vehículos, comenzó el 28 de abril de 2017 [5] en el CEMES-CNRS de Toulouse [6] y duró 36 horas. Los organizadores de Toulouse también acordaron la participación de dos vehículos más, que luego serán controlados de forma remota a través de Internet desde la sala de carreras del CEMES-CNRS en el microscopio de su propio laboratorio. Se trata de los vehículos de Ohio y Graz-Rice.
La pista de la primera competición es una superficie de oro , dotada de surcos para delimitar carriles de carrera con el fin de evitar la pérdida de vehículos. Tiene una longitud de unos 100 nanómetros, e incluye dos curvas. [6] Está situada en un pequeño recinto refrigerado a -269 °C bajo un vacío primario de 10 −10 mbar y es observada simultáneamente por cuatro microscopios de efecto túnel (STM) [6] miniaturizados para este evento y que operan sobre la misma superficie. Cada microscopio se encarga de conducir un único vehículo (un único nanocoche).
Durante esta competición, los nanocoches debían recorrer la mayor distancia posible por la pista dorada durante las 36 horas de carrera. Se esperaban velocidades de 5 nanómetros por hora. [7]
Los nanocoches son una nueva clase de máquinas moleculares que pueden rodar sobre superficies sólidas con una dirección estructuralmente definida. [8] Son moléculas compuestas esencialmente por unas pocas decenas o cientos de átomos de hidrógeno y carbono y miden entre uno y tres nanómetros .
El nanocoche se propulsa paso a paso mediante impulsos eléctricos y transferencia de electrones desde la punta del microscopio electrónico de barrido. La corriente de túnel resultante fluye a través del nanocoche entre la punta del microscopio y la pista metálica común. No hay contacto mecánico directo con la punta. Por lo tanto, el nanocoche no es empujado ni deformado por la punta del microscopio durante la carrera. Algunos de los electrones que pasan a través del nanocoche liberan energía en forma de pequeñas vibraciones intramoleculares que activan el motor del nanocoche.
La carrera sobre la superficie dorada fue ganada por el equipo suizo que cruzó la línea de meta primero después de cubrir una distancia de 133 nanómetros. [9]
En la superficie de plata , el vehículo del equipo austro-estadounidense de la Universidad Rice y la Universidad de Graz estableció el primer récord de velocidad con una velocidad máxima de 95 nanómetros por hora, [10] y fue clasificado igualado con el equipo suizo que corrió en la superficie de oro, dado que el movimiento del mismo nanocoche en superficies de plata es más lento que en superficies de oro. [11] Este vehículo fue controlado remotamente desde la sala de carreras de Toulouse en el microscopio de la Universidad de Graz. [ cita requerida ] Las propiedades específicas de la estructura química, así como una técnica de manipulación completamente nueva (sin pasos de imágenes que consumen mucho tiempo) hicieron que este nanocoche fuera muy rápido. [12] Estas propiedades incluso le permitieron completar una distancia de más de 1000 nm después de completar la pista de carreras oficial.
El equipo americano de la Universidad de Ohio dio marcha atrás sin motivo aparente tras 20 nanómetros, el equipo alemán rompió 2 vehículos sin poder volver a arrancar, y el equipo japonés acabó desistiendo. [10] El equipo francés perdió de vista su vehículo en su superficie, y también se vio obligado a abandonar, consolándose con el premio simbólico del "coche más elegante de la competición". [10]
NANOHISPA y NIMS-MANA ocuparon el primer puesto, ambos con 54 giros y cubriendo 678 nm y 1054 nm, respectivamente. El primero demostró un cambio de carril para sobrepasar, mientras que el segundo cruzó una zanja y regresó. StrasNanocar ocupó el tercer puesto, cubriendo 476 nm y realizando 28 giros. [14]
Para que este tipo de carrera fuera posible, se tuvieron que resolver previamente un número considerable de problemas, como la elección de la pista y su preparación, la mejora de los dispositivos de seguimiento y control, en particular la sensibilidad de las medidas de corriente, la evaporación de un gran número de moléculas muy diferentes en la misma superficie y la validación microscópica [15].
Entre los beneficios, el CNRS cita el desarrollo de motores moleculares y Tech-Atoms, que permitirán en el futuro la preparación de circuitos electrónicos cuánticos en la superficie de un aislante, átomo por átomo, cuyas partes de cálculo medirán menos de 1 nm.