L'un des rêves des physiciens d'aujourd'hui est de pouvoir récupérer de l'électricité à partir de la chaleur dissipée. La clé de ceci réside probablement dans les circuits qui contiennent des molécules uniques. Au lieu de se limiter à la conductance classique, la thermopuissance peut être considérablement améliorée par les propriétés des états quantiques. Mais alors, quels états quantiques offrent une bonne efficacité ? Quelles caractéristiques sont souhaitables ? La théorie offre souvent des prédictions contrastées. Malheureusement, les expériences n'ont pas encore fourni de preuves, car ils sont notoirement difficiles à mettre en place. Mais maintenant, chercheurs de l'Université de Technologie de Delft (TU Delft) en collaboration avec l'UC Louvain, Université d'Oxford, L'Université Northwestern et l'Université Heriot-Watt ont fait exactement cela. Ils ont sondé expérimentalement les propriétés thermoélectriques dépendantes de la grille et de la polarisation d'une seule molécule pour la toute première fois. Les résultats ont été publiés dans Nature Nanotechnologie .

La maîtrise du thermocourant à travers des molécules uniques détient la clé des récupérateurs d'énergie thermoélectrique avec des efficacités sans précédent. Ceci n'est vrai qu'en théorie, bien que, car des tests expérimentaux détaillés n'étaient tout simplement pas possibles jusqu'à présent :étudier les propriétés thermoélectriques d'une seule molécule est une tâche difficile qui nécessite la possibilité de chauffer avec précision une face d'une seule molécule tout en gardant l'autre face froide. Cela nécessite également la capacité de mesurer avec précision les infimes courants thermoélectriques résultants, qui ne mesurent que quelques fA-pA. Par ailleurs, l'accordabilité des paramètres expérimentaux tels que le biais de température appliqué à la molécule unique et le contrôle de son potentiel électrochimique sont essentiels pour une compréhension approfondie de la physique sous-jacente de la thermoélectricité dans de tels objets de la taille d'un atome.

Hypothèses de longue date

Dans un nouveau journal, les chercheurs de la TU Delft réalisent une expérience aussi difficile. Ils utilisent une nouvelle méthodologie qui leur permet d'étudier simultanément les propriétés électriques et thermoélectriques d'une seule molécule, et sur un grand régime de tension de grille et de polarisation.

"Nos expériences révèlent pour la première fois le rôle des degrés de liberté internes, comme les vibrations moléculaires ou l'entropie de spin, sur les propriétés thermoélectriques, " explique l'ancien chercheur de la TU Delft et professeur assistant à l'UC Louvain Pascal Gehring. " En accédant à la fonction de réponse thermoélectrique, nous obtenons un aperçu complet de la fonction de transmission des molécules uniques, et vérifier ainsi les hypothèses de longue date sur l'interaction de l'électronique, spin et degrés de liberté vibrationnels en électronique moléculaire."

Directions synthétiques

Les mesures sont les premières du genre. Ils dévoilent les différentes contributions des différents états, et montrent l'importance du couplage électron-vibration et de l'entropie de spin. Gehring :« Nous validons ainsi des théories sur les facteurs qui ont un impact le plus important sur les propriétés thermoélectriques, et indiquer les directions synthétiques pour influencer la conversion de chaleur en énergie dans des molécules simples.

Les résultats fournissent également la première mise en œuvre réaliste d'une conception moléculaire. Les chercheurs ont découvert que la réponse thermoélectrique d'une seule molécule est fortement impactée par son entropie, ou en d'autres termes, son état de désordre. Si l'entropie de la molécule change beaucoup lors de l'ajout d'un électron supplémentaire (parce que, par exemple. son degré de liberté de spin change), un facteur de puissance thermoélectrique amélioré peut être obtenu. Ainsi, L'ingénierie de molécules uniques avec des entropies spatiales ou de spin élevées serait une nouvelle façon prometteuse de concevoir de futurs générateurs d'énergie thermoélectrique pour des applications de récupération d'énergie.