基于石墨烯的电场驱动分子旋转器

我们提出了通过施加外部电场来驱动一个偶极分子旋转器持续旋转的方案: 偶极旋转器通过金属原子固定在石墨烯片上以便于自由旋转; 同时其受制于与石墨烯平行定向的电场。我们使用密度泛函理论和牛顿力学进行计算建模, 类似于分子动力学仿真, 以获取旋转器的扭矩、角速度和旋转周期。我们的结果表明, 所设计的偶极旋转器可通过强度为0.5 V/{\AA}的交替矩形电场旋转周期为2.96 ps。然而, 依赖于时间的余弦波交替电场无法驱动旋转器规律性地旋转。因此, 建议采用依赖于旋转角度的余弦波电场, 它不仅能驱动旋转器, 还能产生额外的功率。机器学习分子动力学(MLMD)仿真进一步确认在电场作用下旋转器保持热力学稳定性。这项工作揭示了横向电场中偶极分子旋转器的旋转机制, 我们希望本工作为在实验中设计更加多样化的分子机器开辟新道路。