Un motor molecular multiplica hasta 100 veces la corriente eléctrica

Un equipo internacional de científicos ha desarrollado un motor molecular inspirado en el tornillo de Arquímedes capaz de aumentar hasta 100 veces la corriente eléctrica que atraviesa una sola molécula. El dispositivo funciona mediante una estructura helicoidal que gira impulsada por el paso de electrones. Lo extraordinario es que ese mismo movimiento facilita la circulación de más electricidad, un comportamiento que abre nuevas posibilidades para la electrónica a escala molecular.

La investigación, publicada el 22 de octubre de 2026 en la revista Nature, reúne a especialistas del Instituto Weizmann de Ciencias, en Israel, y de universidades de Alemania, Dinamarca y China. Los experimentos han demostrado que es posible controlar el sentido de giro del motor modificando la polaridad del voltaje aplicado. Cuando se supera un determinado umbral, la corriente aumenta bruscamente, hasta alcanzar valores cien veces superiores a los registrados antes de ese cambio de funcionamiento.

El hallazgo recupera un principio mecánico conocido desde la Antigüedad y lo traslada a una escala prácticamente inimaginable: una máquina construida con una sola molécula. Eso sí, los resultados se han obtenido en condiciones de laboratorio extremadamente controladas, a temperaturas próximas al cero absoluto. Todavía no existe un componente electrónico comercial basado en esta tecnología.

El interés científico va más allá de conseguir que algo diminuto gire. Los investigadores han demostrado que el movimiento mecánico de una molécula puede modificar de forma extraordinaria su capacidad para transportar corriente eléctrica, una relación que podría aprovecharse para desarrollar nuevos dispositivos electrónicos.

Del tornillo de Arquímedes a una máquina de una sola molécula

El tornillo de Arquímedes es uno de los mecanismos más antiguos utilizados para transportar agua. Su diseño consiste en una estructura helicoidal que, al girar, permite elevar un líquido desde un nivel inferior hasta otro superior. Aunque se asocia al matemático griego del siglo III antes de Cristo, existen antecedentes históricos de mecanismos semejantes.

Más de dos milenios después, un grupo de investigadores ha utilizado esa misma geometría como inspiración para construir una máquina molecular. En lugar de desplazar agua mediante una gran hélice, el nuevo dispositivo aprovecha el paso de electrones para provocar un movimiento giratorio.

La pieza fundamental es una molécula orgánica denominada heliceno, caracterizada por su estructura en espiral. Su forma recuerda a la de un pequeño muelle y permite convertir parte de la interacción con la corriente eléctrica en movimiento de rotación.

Para fabricar el dispositivo, los científicos situaron una de estas moléculas entre dos electrodos de oro extremadamente finos. La unión se establece mediante átomos de azufre que permiten anclar la estructura molecular a las superficies metálicas.

El resultado es un sistema cuya dimensión se mide en nanómetros, es decir, en millonésimas de milímetro. No contiene engranajes, rodamientos ni piezas mecánicas convencionales. La propia molécula constituye el elemento móvil.

El experimento fue dirigido por Anil Kumar Singh, durante su etapa de investigación posdoctoral en el laboratorio del físico Oren Tal, del Instituto Weizmann. La síntesis de las moléculas utilizadas correspondió al equipo de Michael Pittelkow, de la Universidad de Copenhague.

Cómo funciona el motor molecular y por qué puede girar en dos direcciones

El funcionamiento del dispositivo comienza cuando se aplica una diferencia de potencial eléctrico entre los dos electrodos de oro. Los electrones atraviesan la molécula helicoidal y transfieren parte de su momento angular a la estructura, provocando su rotación.

El mecanismo recuerda, salvando las enormes diferencias de escala, al funcionamiento de una turbina. La corriente eléctrica desempeña el papel de fuerza impulsora y la geometría de la molécula determina cómo responde al movimiento.

Los investigadores comprobaron que el sentido de giro puede invertirse modificando la polaridad del voltaje. Cuando los electrones circulan en una dirección, la molécula gira hacia un lado; cuando se invierte la polaridad, también cambia el movimiento.

Este comportamiento resulta especialmente importante porque permite controlar una máquina molecular mediante una señal eléctrica externa. No se trata simplemente de observar movimientos aleatorios de una estructura microscópica, sino de conseguir una rotación dirigida y reversible.

La investigación demuestra este control en una molécula conectada firmemente a dos electrodos metálicos, una configuración que supone un avance respecto a otros motores moleculares impulsados eléctricamente.

El salto de corriente que sorprendió a los investigadores

Durante los experimentos apareció un fenómeno que inicialmente no era el objetivo principal: al aumentar el voltaje por encima de un determinado nivel, la corriente que atravesaba la molécula crecía de manera extraordinaria.

El incremento podía alcanzar un factor de 100, lo que equivale a dos órdenes de magnitud. La explicación propuesta por los investigadores está relacionada con un cambio en el comportamiento dinámico del motor.

A voltajes inferiores, la molécula pasa de una posición a otra mediante movimientos rotatorios sucesivos. Cuando se supera el umbral, las simulaciones indican que puede entrar en un régimen de rotación continua que favorece el transporte de electrones.

Existe, además, otra posibilidad de control. Al modificar la distancia entre los electrodos, los científicos pueden estirar o comprimir la molécula, alterando el voltaje necesario para desencadenar ese aumento brusco de corriente.

El dispositivo permite así relacionar tres variables fundamentales: la tensión eléctrica aplicada, la configuración mecánica de la molécula y su capacidad para transportar electrones.

Por qué una molécula en movimiento conduce mejor la electricidad

Una de las cuestiones más interesantes del descubrimiento es que el movimiento no se limita a consumir energía eléctrica. También modifica las condiciones que permiten circular a los electrones.

Para comprender este comportamiento, el equipo del físico Fabian Pauly, de la Universidad de Augsburgo, desarrolló simulaciones de mecánica cuántica utilizando el superordenador LiCCA.

Los cálculos revelaron que la capacidad de conducción depende de manera decisiva del ángulo que adopta la molécula durante su giro. Algunas orientaciones permiten el paso de electrones con mucha más facilidad que otras.

Lo sorprendente es que las posiciones más favorables para conducir electricidad no son necesariamente aquellas en las que la molécula permanece cuando está en reposo. De hecho, determinadas configuraciones con elevada conductancia resultan poco accesibles para la estructura inmóvil.

La rotación molecular permite atravesar esas posiciones y aprovechar temporalmente sus propiedades electrónicas. El movimiento cambia así las condiciones de transporte de la corriente.

Los investigadores Léon Martin y Yuta Ito participaron en el desarrollo de los cálculos que permitieron interpretar los resultados experimentales. Posteriormente, los especialistas Per Hedegård, de la Universidad de Copenhague, y Jing-Tao Lü, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong, elaboraron un modelo teórico capaz de reproducir el comportamiento observado.

Hay un matiz importante: multiplicar por 100 la corriente o la conductancia en determinadas condiciones no significa producir cien veces más energía. El sistema necesita una fuente de alimentación externa y el incremento depende del estado de la molécula, del voltaje aplicado y de su configuración mecánica.

Tampoco significa que cualquier material construido con estas moléculas vaya a conducir cien veces mejor. El resultado corresponde a una unión molecular concreta, estudiada bajo condiciones experimentales muy específicas.

Qué aplicaciones podría tener en la electrónica del futuro

La miniaturización de los componentes electrónicos lleva décadas avanzando hacia dimensiones cada vez más reducidas. Sin embargo, cuando los dispositivos alcanzan escalas atómicas, su funcionamiento deja de responder únicamente a los principios utilizados en la electrónica convencional.

En ese terreno, el transporte de electrones, los efectos cuánticos y las variaciones en la estructura molecular adquieren una importancia decisiva.

El nuevo motor podría contribuir al desarrollo de la electrónica molecular, una disciplina que investiga cómo utilizar moléculas individuales como elementos funcionales de circuitos y dispositivos.

Una aplicación potencial sería la fabricación de componentes cuya capacidad de conducción pudiera regularse mediante movimiento mecánico. En principio, esta propiedad permitiría investigar interruptores o dispositivos electrónicos controlados por cambios en la configuración de una molécula.

También existen posibilidades en la espintrónica, una tecnología que estudia cómo aprovechar el espín de los electrones, además de su carga eléctrica, para procesar o almacenar información.

Los investigadores mencionan igualmente posibles aplicaciones relacionadas con la microfluídica, especialmente en sistemas donde el movimiento de estructuras extremadamente pequeñas puede intervenir en el transporte o control de sustancias.

Por ahora, se trata de perspectivas de investigación. El estudio no demuestra que el motor pueda integrarse directamente en un procesador, una batería o un dispositivo electrónico comercial.

Las limitaciones que todavía debe superar

El principal obstáculo está en las condiciones necesarias para reproducir el experimento.

Los científicos trabajaron con una molécula individual suspendida entre electrodos de oro, a temperaturas próximas al cero absoluto. Mantener ese entorno requiere equipos de laboratorio especializados, muy alejados de las condiciones habituales de funcionamiento de los aparatos electrónicos.

Además, un componente comercial tendría que demostrar estabilidad, reproducibilidad y capacidad de funcionamiento durante periodos prolongados. También sería necesario encontrar métodos para fabricar y conectar grandes cantidades de estas estructuras de forma controlada.

Otra cuestión pendiente es determinar hasta qué punto el mecanismo puede funcionar con otros diseños moleculares y a temperaturas menos exigentes.

El aumento de conductancia observado constituye una prueba de un principio físico, no una demostración de viabilidad industrial. Su traslado a aplicaciones prácticas dependerá de investigaciones posteriores.

Una nueva relación entre movimiento y electricidad a escala atómica

La creación de este motor molecular se inscribe en una línea científica que lleva décadas intentando construir máquinas cada vez más pequeñas. El campo recibió un reconocimiento internacional especialmente importante en 2016, cuando el Premio Nobel de Química distinguió a Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart y Bernard L. Feringa por el diseño y la síntesis de máquinas moleculares.

La diferencia del nuevo experimento reside en la relación directa entre el movimiento y las propiedades eléctricas. El dispositivo no solo utiliza corriente para generar una rotación controlada, sino que el propio giro modifica la circulación de electrones.

Los resultados aportan una demostración experimental de ese mecanismo y una explicación teórica de su funcionamiento. La colaboración internacional ha permitido conectar mediciones eléctricas realizadas sobre moléculas individuales con simulaciones capaces de interpretar procesos a escala atómica.

El avance también recupera una idea antigua desde una perspectiva completamente distinta. El tornillo de Arquímedes fue concebido para resolver un problema mecánico: desplazar agua aprovechando una estructura en espiral. En este experimento, una geometría semejante permite estudiar cómo se relacionan la corriente eléctrica y el movimiento molecular.

Dos mil años después, el principio helicoidal sigue ofreciendo posibilidades. La novedad no es haber fabricado un tornillo diminuto, sino demostrar que una sola molécula puede actuar como motor y regular su propia conductancia.

El camino hasta una aplicación comercial sigue abierto. Pero el resultado establece algo relevante para la nanotecnología: el movimiento molecular puede convertirse en una herramienta de control electrónico, y no únicamente en una consecuencia del paso de corriente.