华科吕京涛团队合作成果在《自然》发表：电流驱动单分子机器可增强电流

华中科技大学物理学院、国家脉冲强磁场科学中心吕京涛教授研究组，与以色列魏茨曼科学研究所、丹麦哥本哈根大学、德国奥格斯堡大学等合作完成的研究成果，以加速发表形式刊发于《自然》。论文题为《具有电流增强功能的力矩驱动分子机器》（Torque-Driven Molecular Machine Operating as a Current Enhancer）。华中科技大学为合作单位，吕京涛为共同通讯作者之一，2025届博士毕业生胡柄中作出重要贡献。仪表网10月28日转载校方信息。[1]

研究将阿基米德螺旋原理缩小到单分子尺度：把手性螺烯分子悬浮于金电极之间，首次实现由电流驱动和控制、具有单一转动方向的手性分子马达。实验显示，在较低电压下，电流在三个电导态A、B、C之间循环跳变——正向电流按A→B→C→A循环，电流方向改变则循环方向反转，方向选择性达100%；电压超过阈值后，电流可突然显著上升，最高约增大两个数量级。通过亚埃级精度拉伸或压缩分子改变电极间距与螺距，可调节该阈值。[1]

理论分析认为，电流通过手性分子时除热效应外还会对分子做功，从而驱动定向转动；转动又与周围原子环境摩擦耗散热。当电流做功小于摩擦耗散时，分子呈步进式循环转动；超过后进入连续转动，反复访问高电导态，导致电流增强。基于朗之万方程的动力学模拟重现了从步进到连续转动及电流跃升等现象。[1]

吕京涛长期从事纳米尺度非平衡输运的理论与计算，2018年起参与此项工作，负责分析电流驱动分子转动的微观机制并发展电流诱导力矩计算方法，与合作团队历时约8年完成。[1]

论文细节与数据以《自然》正式文本及校方通报为准。

来源

[1] 华中科技大学物理学院吕京涛教授合作研究成果在《自然》发表，仪表网（转载华中科技大学），2026年10月28日。

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