黃金跑道，分子賽車

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談到賽車，腦海里是不是馬上蹦出類似「F1」、「拉力賽」、「彎道超車」、「漂移」這些辭彙，還有下面這類畫面？

圖片來源：電影《速度與激情8》

就在這幾天，法國南部城市圖盧茲正舉辦一次特殊的「汽車比賽」，來自三大洲的六支代表隊將在這裡展開激烈的角逐。不過，讓人目瞪口呆的是，參賽「車輛」並非司空見慣的豪華跑車，而是微小的「納米賽車」。作為分子級「超迷你車」，在36小時內，它們將「賓士」在總長為100納米（僅為人的頭髮直徑的千分之一）的金箔「賽道」上。必須指出，賽場的環境絕對令你印象深刻——處在真空中，且溫度低至零下二百多攝氏度。

參加「納米汽車大賽」的「車手」。圖片來源：Hubert Raguet / CEMES / CNRS Photothèque

該項賽事組織者之一、法國材料分析與結構研究中心化學家Christian Joachim不無驕傲地表示，作為世界上首次「納米賽車」大比拼，本項賽事必將被載入史冊，重新喚起公眾對納米技術和分子機器的熱情。說起來，Joachim之所以會冒出舉辦此次特殊賽事的念頭，得歸功於與某位記者大人的一席談話，正是在此次談話之後，Joachim意識到比起埋頭搞基礎研究，舉辦一場「納米汽車大賽」更能吸引公眾的注意力。

實際上，除了搶眼球，這項比賽有著更多的科學價值，可以使科學家對分子與表面的相互作用有著更為深入的了解。從實用角度而言，無論是協助設計催化劑，還是服務於在分子層面運載「貨物」（或信息）這樣的遠景目標，該賽事均意義非凡。Joachim興奮地說道：「在這項名副其實的大型賽事上，我們期待著選手們盡展風姿。」

不過，實事求是的說，「納米賽車」這個名字並不是很恰當，原因竟然是——這些「分子級賽車」並沒有引擎（雖然Joachim表示以後說不定會有）！更誇張的是，連這些小傢伙是不是真能像車子一樣往前滾動也是個問題：一些「賽車」或許行，但其他一些連車軸和輪子都沒有。那麼，現在問題出來了，沒有了引擎，這些「車子」怎麼往前跑啊？別擔心，這裡有掃描隧道顯微鏡探針發射出的電子助它們一臂之力，一般每次能將其往前推進0.3納米——好吧，這樣來看，100納米的賽道顯得還挺長的。

在這裡得交代一下，對於參賽者而言，它們不能直接利用掃描隧道顯微鏡探針發射的電子推動。有鑒於此，各路高手各顯神通。一些代表隊在設計分子時巧施奇招，使其能夠利用電子提高能級，進而引發振動或改變分子結構，使「車子」往前跑。還有一些代表隊則盯上了電子的靜電排斥力，以之為主要驅動力。Waka Nakanishi是日本材料科學研究所的一位有機化學家，他設計的「納米賽車」有「雙翼」，有點像蝴蝶的翅膀，這樣當「車子」接收到探針發射出的電子提供的動力時，就能夠「振翼」前行。

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「風車」形納米賽車的移動。圖片來源：CEMES / CNRS

Eric Masson是俄亥俄大學的一位化學家，他所在團隊參與本項賽事的目的很簡單，就是想看看所設計的「賽車」的「輪子」能否在賽道上滾動起來（實在不行的話，滑行也湊合）。「我們希望能更深入地了解分子與表面的相互作用機制。」Masson如是說。

本項賽事還有一大看點，那便是每隔一段時間，在掃描隧道顯微鏡等設備的幫助下，各參賽團隊會把「納米賽車」的表現做成視頻，放到網上供大家觀看，幾乎稱得上是現場直播了！

其實，化學家們此前已經造出過帶有「輪子」、「車軸」、「引擎」等的「納米汽車」。2016年，諾貝爾化學獎就被授予了分子機器的締造者們，引發了人們的極大關注（點擊閱讀詳細）。不過，Joachim表示，那幾位諾貝爾化學獎得主的工作主要是圍繞溶液中的大量分子展開的，而本項賽事的研究者們則把注意力放在了單分子與固體表面的相互作用上。當然，在納米尺度，由於靜電力佔據主導地位，熱振動會使得分子不停搖晃。所以，與現實生活中那些真正的汽車相比，這些「納米賽車」的表現往往出人意料，各位看官可得有個心理準備。

雖然賽程艱苦，我們仍希望各參賽「車輛」盡展所能，風一般賓士在黃金賽道上！

編譯自：

https://www.nature.com/news/drivers-gear-up-for-world-s-first-nanocar-race-1.21845

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