《美國國家科學院院刊》報導，瑞士Empa材料科學與技術聯邦實驗室以及瑞士洛桑聯邦理工學院（EPFL）近日合作開發出了世界上最小的馬達——僅由16個原子構成。
與大型馬達類似，16原子馬達也由一個定子和一個轉子組成。轉子在定子表面旋轉，並且可以占據6個不同的位置。
Empa功能表面研究小組負責人Oliver Groning解釋說：「對於做有用功的馬達來說，定子控制轉子只向一個方向運動是至關重要的。」
驅動馬達的能量可能來自隨機方向，因此馬達必須依靠棘輪方案決定旋轉方向。通常來說，「阻塞方向」的運動是首選，而「運動方向」的運動則機率很低。因此，運動實際上只可能在一個方向上進行。
研究人員利用6個鈀原子和6個鎵原子組成的三角形定子實現了這種「反向」棘輪原理。此處的關鍵是結構的旋轉對稱性。只有4個原子組成的轉子（對稱的乙炔分子）由此得以連續旋轉。Groning說：「分子馬達具有99%的方向穩定性，這是它有別於其他類似分子馬達之處。」
分子馬達可以由熱能和電能提供動力。熱能使馬達的定向旋轉變為隨機旋轉。相比之下，由電子掃描顯微鏡產生的電能，則可以引發定向旋轉。單個電子的能量足以使轉子旋轉六分之一圈。外界提供的能量越高，運動的頻率也就越快，但這也會使轉子更有可能朝著隨機方向運動。
根據經典物理學定律，為了使轉子在運動中對抗阻力，需要超過最低能量。如果電能或熱能不足，轉子將停止運動。
令人驚訝的是，Groning等在低溫（17開爾文）或低電壓（小於30毫伏）條件下，在固定方向上觀察到了獨立、恆定的旋轉頻率。研究人員表示，在這一點上，就必須將視線從經典物理學轉向量子物理學。量子物理學理論顯示，即使轉子動能在經典意義上是不足的，也能通過「隧穿效應」越過能壘。
Groning說：「熱力學第二定律指出，封閉系統的熵永不減少。換句話說，如果在隧穿過程中沒有能量損失，馬達的方向應該是隨機的。然而，馬達幾乎只在一個方向上旋轉。因此，我們認為隧穿時出現了能量損失。」
