根据一项新的研究，一个氢分子可能是一个真正的“小引擎”。很难想象有比这更小的引擎了。
德国和西班牙的物理学家已经证明，一个在两个可能位置之间跳动的氢分子可以引发附近悬臂的规则振动——本质上是一个由石英制成的微型音叉。
考虑到氢分子（H2）相对于悬臂的微小尺寸，分子的影响绝非易事。“一个单分子，实际上是我们拥有的最小分子，能够激发宏观物体的运动，”物理学家何塞·伊格纳西奥·帕斯夸尔说，他目前在西班牙圣塞巴斯蒂安的CIC nanoGUNE Consolider研究中心工作，他在柏林自由大学工作期间领导了这项研究。“如果分子像我一样是一个人，那么悬臂就像珠穆朗玛峰一样。” 帕斯夸尔和他的柏林同事在11月9日的《科学》杂志上报告了他们的实验结果。
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尽管氢分子在随机时间切换位置，但氢分子自身振动和音叉固有振动频率之间的共振会将随机性转化为悬臂的规则振荡，本质上是从噪声中收集能量。（但这并非永动机——物理学家施加电流以刺激氢分子的波动。）
新演示中使用的悬臂类型以其有序的振荡而闻名。“它实际上与你石英手表中的音叉相同，”帕斯夸尔说。他和他的同事将石英梁固定在原子力显微镜的末端——原子力显微镜是一种扫描探针，其传感器尖端类似于微型唱机针——同时也可以作为向氢分子提供电流的电极。氢分子的电流感应波动在其两种状态之间交替吸引和排斥显微镜的尖端，从而驱动悬臂上下移动。但研究人员发现，悬臂的运动反过来会影响氢分子的波动，这取决于原子力显微镜尖端的接近程度。两个系统——分子和音叉——之间的反馈可以调整到驱动悬臂产生惊人大幅度振动的共振。
分子运动的新利用体现了一种称为随机共振的现象，它连接了随机和有序的世界。随机共振是“将周期性事物与噪声事物耦合的一种方式”，帕斯夸尔说。“在这种情况下，事实证明耦合非常有效。” 他补充说，这种共振可能有助于构建由单分子或其他微小物驱动的纳米级电机，这些微小物的随意波动可以被利用产生协调运动。