作者：Pesach Benson • 2026年11月9日

耶路撒冷，2026年11月9日（TPS-IL）——一项以色列与印度的科学合作揭示了机械运动与电之间此前未知的联系，证明单个分子的旋转可以将其导电能力提高多达100倍。

这项研究的灵感来自阿基米德螺旋泵，这是一种古老的机械装置，由缠绕在中心轴上的螺旋叶片组成。该装置于2,000多年前发明用于提水，如今仍应用于部分水力发电厂。研究人员现已在分子尺度上展示了这一原理：螺旋形分子在旋转过程中，会变成性能更好的电导体。

尽管这一发现尚未指向即刻的商业应用，但它有望为设计机械运动有助于调节电流的分子级电子元件开辟全新可能。

以色列魏茨曼科学研究所的研究人员及其国际合作伙伴发现，电流能够驱动螺旋形分子旋转，而这种旋转本身又使电子更容易通过。当分子从间歇性运动转变为连续旋转时，流经它的电流最多可增加100倍。

该研究于周一发表在同行评审期刊《自然》（Nature）上，由印度研究员阿尼尔·库马尔·辛格（Anil Kumar Singh）博士领衔。辛格在魏茨曼研究所奥伦·塔尔（Oren Tal）教授的实验室担任博士后研究员期间开展了相关实验。辛格现为印度理工学院马德拉斯分校教员。

该国际合作团队还包括来自德国奥格斯堡大学、丹麦哥本哈根大学以及中国华中科技大学的研究人员。

旋转的分子

在魏茨曼研究所化学与生物物理系塔尔的指导下，研究团队在接近绝对零度的极低温度实验室条件下，将单个螺旋形分子置于两个金电极之间。

当研究人员施加电压时，观察到流经分子的电流出现反复波动。该波动模式表明分子正朝一个方向旋转。反转电流方向后，该模式也发生反转，显示分子正在沿相反方向旋转。

随后，研究人员提高了电压，并观察到了显著的变化。一旦超过特定阈值，流经分子的电流激增了多达100倍。

计算显示，当分子从断续、走走停停的运动转变为连续旋转时，便会出现这种电流激增。更加平稳的运动使电子更容易通过，从而使分子成为好得多的电导体。

“这些发现为分子机器提供了一种新的工作原理：电流驱动分子，而其旋转提高导电性，因此在相同电压下可以通过更大的电流，”塔尔表示。

该团队还发现，触发电流增加的电压阈值可以通过改变分子的形状来进行调节。

“此外，我们发现通过拉伸或压缩分子，可以控制电流开始激增的阈值，这类似于改变涡轮机叶片的角度，”塔尔说。

为实现这一点，研究人员以小于0.1纳米（一米的百亿分之一）的增量调节金电极之间的距离，从而拉伸或压缩位于两电极之间的分子。

这些发现最终可能有助于开发分子级电子开关、高灵敏度传感器以及结合机械运动与电控制的分子机器。由于该分子的导电性对其旋转做出响应，且触发这种变化的电压可通过拉伸或压缩加以调节，这一原理有望帮助工程师研发出能够将微小机械变化转化为电信号的微型元件。