Tek Bir Molekül Elektrik Akımıyla Arşimet Vidası Gibi Döndü

Yaklaşık 2300 yıl önce tarif edilen, suyu yokuş yukarı çıkaran bir vida, bugün tek bir molekülün içinde yeniden doğdu. Nature dergisinde 22 Ekim 2026’da yayımlanan çalışmada, Weizmann Enstitüsü, Kopenhag Üniversitesi ve Augsburg Üniversitesi’nden bir ekip, iki altın uç arasına gerilmiş sarmal bir molekülün elektrik akımıyla döndürülebildiğini ve dönerken akımı yüz kata kadar artırdığını bildirdi.

Arşimet vidasından moleküle

Arşimet vidası (Archimedes’ screw), eğik bir silindirin içinde dönen sarmal bir yüzeyden ibarettir; yüzey döndükçe su basamak basamak yukarı taşınır. Deneyin ardındaki fikir bu mekanizmayı tersine çevirmek: su yerine elektronlar sarmal bir yapıdan geçsin ve geçerken yapıyı döndürsün.

Bu iş için Michael Pittelkow’un Kopenhag’daki grubu, boyu yalnızca birkaç nanometre olan helisen (helicene) türü sarmal bir molekül sentezledi. Molekülün iki ucundaki kükürt atomları, onu altın yüzeylere bağlıyor.

Deney nasıl yapıldı?

Weizmann Enstitüsü’nde Oren Tal ve Anil Kumar Singh’in ekibi, tek tek molekülleri atom inceliğinde sivriltilmiş iki altın ucun arasına yerleştirdi. Uçlar arasındaki mesafe ayarlanarak molekül gerilip sıkıştırılabiliyor. Bu düzenek, kırılabilir bir temas tekniğinin (break junction) mantığına yakın; ölçüm 4,2 K (yaklaşık −269 °C) gibi çok düşük bir sıcaklıkta yapıldı.

Gerilim uygulandığında akım davranışı, molekülün döndüğünü gösterdi. Gerilimin kutbu çevrilince dönüş yönü de tersine döndü; yönü sarmalın “sağ” ya da “sol” dişli olması belirliyor. Belirli bir eşik geriliminin üzerinde hareket, ara sıra yapılan dönüşlerden sürekli dönmeye geçiyor.

Burada önemli bir ayrıntı var: molekülün döndüğü doğrudan görülmedi. Deneyde yalnızca akım ölçülüyor ve dönme, akımın gerilime ve uç mesafesine verdiği tepkiden dolaylı olarak çıkarılıyor. İşte teorik hesapların bu kadar kritik olmasının nedeni de bu.

Elektronlar molekülü neden döndürür?

Sarmal bir moleküldeki elektronlar düz bir çizgide ilerlemez; dişli yolu izlerken açısal momentum (angular momentum) kazanır. Bu momentumun bir kısmı elektron geçişi sırasında moleküle aktarılır. Ekibin benzetmesiyle bu, rüzgârın bir türbini döndürmesine benzer: akan şey elektron, dönen şey molekül.

Özellikle ilginç olan, dönmenin akıma geri etki etmesi. Augsburg’da Fabian Pauly’nin öğrencileri Léon Martin ve Yuta Ito, kuantum mekaniksel benzetimlerle molekülün iletkenliğinin dönme açısına güçlü biçimde bağlı olduğunu buldu. Beklenmedik biçimde, molekülün durağan haldeyken kaçındığı konumlar akımı en iyi ileten konumlar çıktı; dönme hareketi molekülü bu konumlardan geçirerek iletkenliği iki mertebe, yani yaklaşık 100 kata kadar artırıyor. Per Hedegård ve Jing-Tao Lü’nün geliştirdiği basitleştirilmiş model, hem dönmeyi hem de akım artışını yeniden üretebildi.

Neden önemli?

Moleküler makineler, 2016 Nobel Kimya Ödülü’yle tanınan bir alan. Şimdiye dek akımla çalışan moleküler motorlar yüzeye yatırılmış moleküllerdi ve taramalı tünelleme mikroskobunun (scanning tunneling microscope) ucu tarafından sürülüyordu. Yeni çalışma, iki metal elektroda sabitlenmiş, dönüş yönü denetlenebilen ve doğrudan akımla çalışan ilk molekül motoru olarak sunuluyor. Pauly’nin ifadesiyle yeni olan, akımın yönlü bir dönme üretmesi ve bu dönmenin de akımı denetlemesi.

Uzun vadede moleküler elektronik, spintronik ve mikroakışkan sistemler için bileşen olabilir; ayrıca atom ölçeğindeki fiziksel süreçleri incelemek için yeni bir araç sunuyor.

Henüz bilinmeyenler

Çalışma bir ilke kanıtı (proof of principle). Deney çok düşük sıcaklıkta ve tek molekül düzeyinde yapıldı; oda sıcaklığında, çok sayıda molekülle ve bir devre içinde çalışıp çalışmayacağı açık değil. Dönmenin doğrudan gözlenmemesi de ek bağımsız doğrulamalara kapı bırakıyor. Motorun gerçekte ne kadar iş yapabileceği ve verimi de bu aşamada belirlenmiş değil.

Kaynak: A. K. Singh, L. Martin, M. Sršen ve ark., “Current-Driven Molecular Machine with Rotation-Enhanced Conductance”, Nature, 22 Ekim 2026. Augsburg Üniversitesi basın açıklaması: chemeurope.com; özet: ScienceDaily.