分子马达如何在网络中移动

一项新研究通过考虑一系列沿网络传输能量的棘轮来确定单分子热机的效率。

从内燃机到家用冰箱，热机是日常生活中无处不在的组成部分。这些机器将热量转化为可用能量，然后可用于做功。热机可以小到单个分子，其随机运动与环境交换能量。但确定分子热机的效率并不是一件简单的任务。

在《欧洲物理杂志 B》上发表的一项研究中，美国加利福尼亚州西洛杉矶学院的 Mesfin Asfaw Taye 现在根据一系列逐步传递能量的分子棘轮来计算分子热机的性能。一个方向。他展示并讨论了如何操纵这样一个系统来沿着复杂的路径传输粒子。

泰耶和他的同事此前曾援引“布朗棘轮”的概念来计算分子热机的速度、效率和整体性能。在这里，粒子(电机)根据一种机制通过热运动改变位置，该机制迫使原本随机移动的物体仅沿一个方向行进。

现在，Taye 和他的团队为他们的模型方程提供了完整的解析解，使他们能够计算系统在整个过程中每个时间的性能。这样做提供了一种检查棘轮布置如何影响电机效率和速度的方法。他们还表明，与具有固定热浴和冷浴的系统(另一种操纵电机运动的工具)相比，在温度逐渐降低的热浴中运行的电机可以实现更高的速度，但效率更低。

这一发现为研究基于蛋白质的分子马达和其他已知将化学能转化为机械运动的微米和纳米级系统的热力学特征提供了一个框架。它提供了一种将粒子传输到网络中所需位置的方法，传输速度取决于棘轮的排列。