利用混合曲面基底控制富勒烯轮纳米车辆的扩散

《Scientific Reports》：Controlling the diffusion of fullerene-wheeled nanovehicles using hybrid curved substrates

　　

摘要

近年来，已经开发出多种类型的纳米车，它们在分子传输、自下而上的组装以及其他机械任务中展现了显著的能力。本研究提出了一种方法，通过在银质圆柱形基底上添加一条金杂质线，将纳米车的扩散运动转化为受引导的运动。这条金杂质线的宽度根据其所处弧线的角度而变化，与圆柱周长的夹角分别为120°、150°和180°；同时研究了C60、纳米卡车（nanotruck）和纳米车在这些基底上的运动情况。研究结果表明，金杂质起到了排斥屏障的作用，尤其是在150°的角度时，即使在高温条件下也能有效阻止C60进入银区域；不过在600 K时C60最终仍能够进入该区域。此外，在600 K的高温下，足够宽的金杂质线对于纳米车和纳米卡车而言都成为了不可逾越的障碍，分别存在于180°和120°的角度。所研究的几何结构有效限制了纳米车偏离预定路径的距离。此外，还探讨了杂质线厚度变化对运动的影响。结果表明，调整杂质线厚度可以实现长距离运动并提高扩散系数。在各种温度下，150°和180°的基底最适合C60和纳米车的运动；而纳米卡车由于其坚固的底盘，在120°的基底上表现最佳。基底中的杂质通过充当排斥屏障或捕捉陷阱，显著限制了纳米机器的运动范围。