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    Explorando la conversión de calor en electricidad en moléculas individuales

    Figura 1:Un modelo esquemático de un dispositivo de una sola molécula. Una molécula está interconectada con electrodos fríos y calientes mediante enlaces químicos. Crédito:Universidad de Osaka

    La conversión directa de una diferencia de temperatura en electricidad, conocido como el efecto termoeléctrico, es un enfoque respetuoso con el medio ambiente para obtener electricidad directamente del calor. La capacidad de un material para convertir calor en electricidad se mide por su figura de mérito termoeléctrico. Por tanto, los materiales con una alta figura de mérito termoeléctrico son ampliamente deseados para su uso en la recolección de energía. Los efectos del confinamiento cuántico en los nanomateriales que surgen de sus estados electrónicos discretos pueden aumentar su figura termoeléctrica de mérito. En particular, una sola molécula que une dos electrodos muestra un confinamiento cuántico. La optimización de los estados electrónicos de electrodos puente de una sola molécula podría producir un gran efecto termoeléctrico. El contacto entre la molécula y los electrodos también influirá en su comportamiento termoeléctrico. Sin embargo, esta relación rara vez se ha considerado debido a dificultades técnicas.

    Investigadores de la Universidad de Osaka han investigado recientemente la influencia que tiene la geometría de los contactos de una sola molécula con el electrodo en el comportamiento termoeléctrico de la molécula. Como se informó en una edición reciente de Informes científicos , midieron simultáneamente la conductancia eléctrica y el termovoltaje de moléculas con diferentes grupos anclando las moléculas a los electrodos a temperatura ambiente en vacío.

    El equipo primero fabricó estructuras que constan de electrodos de oro unidos por varias moléculas individuales. La distancia entre los electrodos, que se mantuvieron bajo un gradiente de temperatura, se incrementó y disminuyó repetidamente mientras se medía la conductancia eléctrica y el termovoltaje de cada estructura.

    "Investigamos las características termoeléctricas de varias moléculas individuales basadas en benceno con énfasis en la influencia de sus estructuras de unión, "dice el autor correspondiente Makusu Tsutsui." Las moléculas mostraron un comportamiento diferente dependiendo de sus grupos de anclaje de electrodos, y todos los tipos de moléculas mostraban múltiples estados de termovoltaje ".

    Los múltiples estados de termovoltaje de las moléculas se investigaron mediante mediciones termoeléctricas y análisis teóricos. El efecto termoeléctrico más grande se observó para las estructuras que contienen un enlace tiol estirado con el electrodo de oro. El aumento de termovoltaje de las estructuras con un enlace oro-tiol estirado se atribuyó a esta configuración que desplazó el nivel de energía de la molécula involucrada en el transporte de electrones a una posición más favorable.

    "La dependencia observada del termovoltaje del grupo de anclaje en las estructuras de unión revela una forma de modular el rendimiento termoeléctrico de los dispositivos de una sola molécula, "explica Tsutsui.

    Los resultados del grupo amplían nuestra comprensión de cómo la geometría de un dispositivo de una sola molécula puede influir en su figura termoeléctrica de mérito. Estos hallazgos deberían contribuir al desarrollo de dispositivos termoeléctricos de una sola molécula que puedan derivar eficientemente la electricidad del calor.

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