两千多年前，古希腊数学家、发明家阿基米德设计了一种螺旋装置，只需转动手柄，就能把低处的水源源不断地提升到高处。

这种被称为“阿基米德螺旋”的装置，至今仍在农业灌溉和工业输送中发挥作用。它的原理朴素而高效：把旋转运动转化为物质的定向输送。

如今，一个国际研究团队把这项古老发明缩小到了分子尺度，造出了一台由电流驱动的单分子马达。

这项研究发表在国际顶级期刊《自然》上，论文题为《具有旋转增强电导的电流驱动分子机器》。

参与研究的机构包括丹麦哥本哈根大学、以色列魏茨曼科学研究所和德国奥格斯堡大学。

这台分子马达的结构说起来并不复杂，难的是在分子尺度上把它真正做出来。

它的核心是一个螺旋形的分子，被悬挂在两块金电极之间。当电流从电极间通过时，这个分子就会旋转起来。

更妙的是，它的旋转方向可以控制。电极上施加的电压方向不同，分子的旋转方向也随之改变，就像给马达装上了“正转”和“反转”开关。

这个螺旋分子由哥本哈根大学化学系教授迈克尔·皮特尔科（Michael Pittelkow）领导的团队设计合成。他的实验室长期专注于有机合成、物理有机化学和手性研究。

魏茨曼科学研究所的另一支团队，则负责把这个只有分子大小的“零件”精准地安放在两块金电极之间。

奥格斯堡大学的团队承担了量子力学模拟工作，从理论上揭示这台马达的工作原理。

这台马达为什么会转？

当电子从一端电极流向另一端时，会穿过这个螺旋分子。在这个过程中，电子把自身携带的角动量传递给了分子结构，推动它旋转起来。

研究人员用一个生动的比喻来形容：这就像风吹动风力涡轮机的叶片一样。不同的是，这里的“风”是一股股电子流，而“涡轮机”只有一个分子那么大。

论文共同作者、奥格斯堡大学理论物理学家法比安·保利（Fabian Pauly）表示，他们证明了电流可以用来产生定向旋转。

他认为，这是一种适用于微型化极限的机器的新工作原理。

研究中还有一个出人意料的发现，它甚至可能比“会转”本身更有价值。

当分子旋转时，它的导电能力会显著提高。在某些构型下，旋转中的分子电导率比静止时高出多达100倍。

奥格斯堡大学团队开展的量子力学模拟也支持这一结论：在一些构型中，旋转的分子确实比静止时更能高效地传导电流。

这意味着，运动和导电在这个微小系统中形成了一种相互促进的关系：电流推动分子旋转，旋转又让电流更加通畅。

这种耦合效应在宏观世界里几乎找不到对应，却可能为分子电子器件的设计带来全新思路。

分子机器并不是一个新概念。

2016年，诺贝尔化学奖就授予了三位在分子机器设计与合成领域作出开创性贡献的科学家，他们设计的分子马达大多依靠光或化学反应来驱动。

这项新研究的特别之处在于，它直接用电流作为“燃料”，而电流恰恰是现代电子技术最基本、最容易控制的能量形式。

这为分子机器与电子电路的结合打开了一扇门。未来的芯片里，或许不仅有负责计算的晶体管，还有负责“干活”的分子马达。

研究人员认为，这项工作有望推动多个领域的发展。三个国家、三支团队分别从合成、实验和理论三个角度协同攻关，本身也展示了这类前沿研究的跨学科特点。

在分子电子学领域，它可能帮助科学家设计出以单个分子为元件的电路器件；在自旋电子学领域，电子角动量与分子运动之间的耦合，可能带来新的信息处理方式；在微流体领域，它或许能催生用于操控微小液体的超微型系统。

从更长远的角度看，这项研究让人们离制造“只有一个分子大小的机器”又近了一步。

当然，从实验室里的单分子演示到真正的实际应用，还有很长的路要走。如何让大量分子马达协同工作、如何在常温常压下稳定运行，都是摆在科学家面前的难题。

两千多年前，阿基米德的螺旋把水送上了高处。今天，它的分子版本或许正在把人类的技术推向微观世界的新高度。