イスラエル・インドのチーム、分子運動による新たな電気制御法を発見

ペサック・ベンソン • 2026年11月9日

エルサレム、2026年11月9日（TPS-IL） — イスラエルとインドの科学的共同研究により、機械的運動と電気との間のこれまで知られていなかった関連性が明らかになり、単一分子の回転によってその電流を流す能力を最大100倍に向上させられることが実証された。

この研究は、中心軸の周囲に螺旋状の羽根が巻き付いた古代の機構である「アルキメデスのねじ」から着想を得た。水を汲み上げるために2,000年以上前に発明されたこの装置は、現在でも一部の水力発電所で使用されている。研究者らは今回、螺旋状の分子が回転し、それによって電気の伝導性が高まるという、この原理の分子スケール版を実証した。

この発見は直ちに商業的応用に結びつくものではないものの、機械的運動によって電流の制御を支援する分子スケールの電子機器を設計するための新たな可能性を切り開く可能性がある。

イスラエルのワイツマン科学研究所の研究者らと国際共同研究者らは、電流によって螺旋状の分子を回転させることができ、その回転自体が電子の通過を容易にすることを発見した。分子が断続的な運動から連続的な回転へと移行すると、そこを通過する電流は最大100倍に増加し得る。

月曜日に査読付き学術誌『Nature』に掲載されたこの研究は、ワイツマン研究所のオレン・タル教授の研究室で博士研究員として実験を行ったインド人研究者のアニル・クマール・シン博士が主導した。シン氏は現在、インド工科大学マドラス校の教員を務めている。

この国際共同研究には、ドイツのアウクスブルク大学、デンマークのコペンハーゲン大学、中国の華中科技大学の研究者らも参加した。

回転する分子

ワイツマン研究所の化学・生体物理学部門に所属するタル氏が指導するチームは、絶対零度に近い極低温の実験条件下で、2つの金電極の間に単一の螺旋状分子を配置した。

研究者らが電圧を印加したところ、分子を通過する電流に反復的な変動が観察された。そのパターンは、分子が一方向に回転していることを示していた。電流の向きを逆にするとパターンも反転し、分子が逆方向に回転していることが示された。

その後、研究者らが電圧を上げると、劇的な変化が観察された。電圧がある閾値を超えると、分子を流れる電流は最大100倍に跳ね上がった。

計算により、この増加は分子が断片的な停止と開始の運動から連続的な回転に切り替わる際に発生することが示された。より滑らかな動きによって電子がより容易に通過できるようになり、分子の電気伝導性が大幅に向上する。

「この知見は分子マシンの新たな動作原理を提示している。電流が分子を駆動する一方で、その回転が導電性を向上させるため、同じ電圧でより大きな電流を通過させることができる」とタル氏は述べた。

研究チームはまた、電流の増加を引き起こす電圧の閾値が、分子の形状を変えることによって調整可能であることも発見した。

「さらに、タービンの羽根の角度を変えるのと同様に、分子を伸縮させることで電流の増加が始まる閾値を制御できることも発見した」とタル氏は語った。

これを実現するために研究者らは、金電極間の距離を0.1ナノメートル（10億分の1メートルの10分の1）未満の刻みで調整し、その間に配置された分子を伸縮させた。

これらの発見は最終的に、分子スケールの電子スイッチ、高感度センサー、機械的運動と電気的制御を組み合わせた分子マシンの開発に貢献する可能性がある。分子の導電率はその回転に反応し、変化を引き起こす電圧は分子を伸縮させることで調整できるため、この原理は微細な機械的変化を電気信号に変換できる極小部品をエンジニアが開発するのに役立つ可能性がある。