東北
大学の共同研究グループは，世界最小のカーボンナノチューブ分子ベアリングの動きを精密に解明した（ニュースリリース）。具体的には，「歳差運動」と「自転運動」の二種の異なる回転様式が存在すること，低温では「歳差運動」が主体，高温ではそこに「自転運動」が加わることを解き明かした。
研究グループは，2013年に「カーボンナノチューブ分子ベアリング」の大量合成を実現している。これは，有限長カーボンナチューブ分子を外枠，フラーレンを回転子としたナノサイズのベアリング。これまでの分光分析から，このカーボンナノチューブ分子ベアリング内では回転子がナノサイズのコマのように軸回転していることが明らかになっていた。
分光分析ではさらに，温度を変えることで回転運動になにかしらの変化が起こることまではわかっていたが，これまでその詳細は未解明のままとなっていた。
カーボンナノチューブ分子ベアリングは湾曲したπ電子系が接触した独特な構造をもつため，研究グループは，はじめに密度汎関数法のなかで，カーボンナノチューブ分子ベアリングの理論分析に適した手法を探索し，密度汎関数LC-BLYP法が実験的な熱力学エネルギーを非常に精度良く再現することをつきとめた。
研究グループでは，この手法を活用し，遷移状態計算ならびに分子動力学法計算を行なうことで，カーボンナノチューブ分子ベアリングの動きを再現した。その結果，分子ベアリングの回転には「歳差運動」と「自転運動」という二種類の異なる動きがあることがわかった。
さらに，温度が低い（低エネルギー状態）ときには「歳差運動」が主に起こっており，温度を高く（高エネルギー状態）するにつれ，そこに「自転運動」が加わっていくことを見いだした。この二種類の運動の存在と，その温度による変化が，これまでの分光分析の解析を困難にした原因だった。
実世界でのコマの動きでは，回し始め（高エネルギー状態）には，軸が直立した回転「自転運動」が主になるが＜回転が止まる頃（低エネルギー状態）には，首を振る「歳差運動」が主になる。今回の研究成果は，ナノサイズのコマでも，これと同じようなことが起こっていることを明らかにしたもの。
ただし，今回の理論研究は同時に，ナノサイズコマの回転には摩擦（エネルギー障壁）がほとんどなく，一度エネルギーを与えると，なかなか回転が止まらないことを示しており，ナノサイズの世界でのみ起こる不思議な現象の一つをも明らかにしている。
今回の研究成果は，ナノサイズの分子機械の分子設計に新しい方向性を示すものであり，これからの化学合成とそれを活用した新しい機能性ナノ分子機械の登場をさらに期待させるもの。研究グループは，この新知見を分子設計に発展・活用することで，ナノサイズの分子運動が自在制御できるようになると期待している。
