納米汽車(chē)極其微小，只由一個(gè)分子構(gòu)成。幾周前，此類(lèi)型“賽車(chē)”在法國(guó)圖盧茲參加了一場(chǎng)比賽，比賽在超高真空和接近絕對(duì)零度這一極端條件下進(jìn)行。

這場(chǎng)比賽沒(méi)有任何嗡嗡叫的發(fā)動(dòng)機(jī)和危險(xiǎn)的超車(chē)操作；而且速度一點(diǎn)也不瘋狂，因?yàn)樗且约{米測(cè)量而不是以公里/小時(shí)作為測(cè)量單位。盡管如此，這些微小參與者之間的競(jìng)爭(zhēng)也是難得一見(jiàn)的激烈，因?yàn)樗婕暗綄?duì)單個(gè)分子、原子和亞原子粒子的控制。

真空助力自由行駛

所用賽場(chǎng)由純金制成，只有數(shù)百納米長(zhǎng)。而且，納米比賽是在極其嚴(yán)寒的條件下進(jìn)行。為了引導(dǎo)參賽汽車(chē)沿著跑道行駛，必須將分子自身的動(dòng)能減至z*低，為此，使用液氮和氦氣將賽場(chǎng)冷卻到零下 269°C。幾乎沒(méi)有什么東西能夠在接近絕對(duì)零度的條件下自動(dòng)移動(dòng)。

為了使車(chē)輛能夠自由行駛，需要將賽場(chǎng)中的異類(lèi)原子徹底清除干凈。即使是z*小的污染物，例如大氣中的氧氣分子，也能將納米汽車(chē)拋出跑道。為了維持這些條件，比賽在超高真空環(huán)境下進(jìn)行。在渦輪增壓器和離子吸氣真空泵的幫助下，壓力減至 10-11 毫巴。

以原子為路標(biāo)

黃金賽場(chǎng)在賽前還進(jìn)行了徹底清洗：先用離子對(duì)其表面進(jìn)行轟擊，然后加熱，以確保跑道平坦。然后，納米科學(xué)家們沿著跑道添加各個(gè)金原子，標(biāo)出賽車(chē)路線。

接下來(lái)的挑戰(zhàn)是將分子汽車(chē)放到跑道中，同時(shí)確保放置過(guò)程中不會(huì)毀壞它們。為實(shí)現(xiàn)這一目的，將這些分子汽車(chē)放在準(zhǔn)備室中加熱，直到蒸發(fā)掉為止。然后，從這些分子汽車(chē)中選擇合適的參賽選手，并隨后將其放到黃金跑道表面。

使用隧道流檢測(cè)

這些賽車(chē)極其微小，每一輛大約只有一根頭發(fā)直徑的十萬(wàn)分之一那么大，用光學(xué)顯微鏡都看不到，因?yàn)楣獠ǖ牟ㄩL(zhǎng)實(shí)在太長(zhǎng)了。為此，研究小組利用掃描隧道顯微鏡跟蹤比賽情況。在此工具中，導(dǎo)電探針（其尖端只由一個(gè)原子組成）在跑道表面上間距只有幾納米的網(wǎng)格形狀中移動(dòng)。

雖然探針尖端和調(diào)查對(duì)象從不接觸，但根據(jù)量子力學(xué)的規(guī)則，在施加低電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生隧道流。隧道流的流量很大程度上取決于調(diào)查對(duì)象與探針之間的距離。當(dāng)掃描金 箔時(shí)，探針尖端得到精確的控制，使距離和流量始終保持不變。這樣，科學(xué)家們即可制作出賽道的高度輪廓，并作出納米汽車(chē)的地形標(biāo)示。

八小時(shí)抵達(dá)終點(diǎn)

事實(shí)上，研究人員不僅可以使用探針來(lái)顯示納米汽車(chē)，還能控制它們的移動(dòng)。此外，他們還會(huì)利用隧道流。在圖盧茲汽車(chē)比賽中，有幾輛納米汽車(chē)即利用此方法通過(guò) 增加電子將能量提升到一個(gè)更高的水平。車(chē)輛立即重新釋放此能量并將其轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。其他比賽小組則是利用電極的靜電斥力向前移動(dòng)。

此外，還可以利用探針的尖端以機(jī)械方式引導(dǎo)車(chē)輛到達(dá)目的地，但在比賽過(guò)程中，只有在非常緊急的情況下才允許這么做。獲勝的瑞士團(tuán)隊(duì)不需要采用這種操控方 法。他們的瑞士納米改裝車(chē) (Swiss Nano Dragster) 速度達(dá)到每小時(shí)約十二納米，此速度可能突破了紀(jì)錄，在約八小時(shí)后，它以z*快速度沖過(guò)黃金終點(diǎn)線。就像在大型比賽中一樣，成功少不了香檳慶祝。

普旭（Busch） 為世界各地的研究機(jī)構(gòu)提供真空技術(shù)。為了支持年輕的研究人員和開(kāi)發(fā)人員，普旭（Busch） 為眾多大學(xué)和學(xué)生工作組提供真空技術(shù)贊助。