Uno de los sueños de los físicos de hoy es poder recuperar la electricidad del calor disipado. La clave de esto probablemente reside en circuitos que contienen moléculas individuales. En lugar de limitarse a la conductancia clásica, la termopotencia puede mejorarse dramáticamente mediante las propiedades de los estados cuánticos. Pero entonces, ¿Qué estados cuánticos ofrecen una buena eficiencia? ¿Qué características son deseables? La teoría a menudo ofrece predicciones contrastantes. Desafortunadamente, Los experimentos tampoco han proporcionado todavía ninguna prueba, ya que son muy difíciles de configurar. Pero ahora, investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) en colaboración con UC Louvain, Universidad de Oxford, La Universidad Northwestern y la Universidad Heriot-Watt han hecho precisamente eso. Probaron experimentalmente las propiedades termoeléctricas dependientes de la puerta y del sesgo de una sola molécula por primera vez. Los resultados han sido publicados en Nanotecnología de la naturaleza .

Dominar la termocorriente a través de moléculas individuales es la clave para los recolectores de energía termoeléctrica con eficiencias sin precedentes. Esto es cierto solo en teoría, aunque, porque las pruebas experimentales detalladas simplemente no eran posibles hasta ahora:estudiar las propiedades termoeléctricas de una sola molécula es una tarea difícil que requiere la posibilidad de calentar con precisión un lado de una sola molécula mientras se mantiene frío el otro lado. También requiere la capacidad de medir con precisión las diminutas corrientes termoeléctricas resultantes, que son sólo unos pocos fA-pA en tamaño. Es más, la sintonización de parámetros experimentales como el sesgo de temperatura aplicado a la molécula individual y el control de su potencial electroquímico son vitales para una comprensión profunda de la física subyacente de la termoelectricidad en objetos del tamaño de un átomo de este tipo.

Supuestos de larga data

En un nuevo periódico Los investigadores de TU Delft logran un experimento tan desafiante. Emplean una metodología novedosa que les permite estudiar las propiedades eléctricas y termoeléctricas de una sola molécula simultáneamente, y sobre una puerta grande y régimen de voltaje de polarización.

"Nuestros experimentos revelan, por primera vez, el papel de los grados internos de libertad, como vibraciones moleculares o entropía de espín, sobre las propiedades termoeléctricas, ", dice el ex investigador de TU Delft y profesor asistente en UC Louvain Pascal Gehring." Al acceder a la función de respuesta termoeléctrica, obtenemos una visión completa de la función de transmisión de moléculas individuales, y así verificar supuestos de larga data sobre la interacción de la electrónica, grados de libertad de rotación y vibración en electrónica molecular ".

Direcciones sintéticas

Las medidas son las primeras de su tipo. Revelan las diferentes contribuciones de diferentes estados, y mostrar la importancia del acoplamiento electrón-vibracional y de la entropía de espín. Gehring:"Por lo tanto, validamos las teorías sobre qué factores impactan de manera más crucial en las propiedades termoeléctricas, e indicar las direcciones sintéticas para influir en la conversión de calor en energía en moléculas individuales ".

Los resultados también proporcionan la primera implementación realista de un diseño molecular. Los investigadores encontraron que la respuesta termoeléctrica de una sola molécula se ve fuertemente afectada por su entropía, o en otras palabras, su estado de desorden. Si la entropía de la molécula cambia mucho al agregarle un electrón extra (porque, p.ej. su grado de libertad de giro cambia), se puede obtener un factor de potencia termoeléctrica mejorado. Por lo tanto, La ingeniería de moléculas individuales con altas entropías espaciales o de espín sería una nueva forma prometedora de diseñar futuros generadores de energía termoeléctrica para aplicaciones de recolección de energía.