Den direkta omvandlingen av en temperaturskillnad till elektricitet, känd som termoelektrisk effekt, är ett miljövänligt tillvägagångssätt för att direkt skörda el från värme. Materialets förmåga att omvandla värme till elektricitet mäts med dess termoelektriska värde. Material med en hög termoelektrisk värdeförmåga är sålunda allmänt önskade för användning vid energihämtning. Kvantindeslutningseffekter i nanomaterial som härrör från deras diskreta elektroniska tillstånd kan öka deras termoelektriska värde. Särskilt, en enda molekyl som överbryggar två elektroder visar kvantinneslutning. Optimering av de elektroniska tillstånden för en enda molekyl som överbryggar elektroder kan ge en stor termoelektrisk effekt. Kontakten mellan molekylen och elektroderna kommer också att påverka dess termoelektriska beteende. Dock, detta förhållande har sällan övervägts på grund av tekniska svårigheter.

Forskare vid Osaka University har nyligen undersökt det inflytande som geometrin hos enkelmolekyl -elektrodkontakter har på molekylens termoelektriska beteende. Som rapporterats i en ny utgåva av Vetenskapliga rapporter , de mätte samtidigt den elektriska konduktansen och termospänningen hos molekyler med olika grupper som förankrade molekylerna till elektroderna vid rumstemperatur i vakuum.

Teamet tillverkade först strukturer bestående av guldelektroder som överbryggades av olika enskilda molekyler. Avståndet mellan elektroderna, som hölls under en temperaturgradient, ökades och minskades upprepade gånger medan den elektriska konduktansen och termospänningen för varje struktur mättes.

"Vi undersökte de termoelektriska egenskaperna hos olika enskilda bensenbaserade molekyler med tonvikt på påverkan av deras övergångsstrukturer, "säger motsvarande författare Makusu Tsutsui." Molekylerna uppvisade olika beteenden beroende på deras elektrodförankringsgrupper, och alla molekyltyper uppvisade flera termspänningstillstånd. "

Molekylernas multipla termspänningstillstånd undersöktes genom termoelektriska mätningar och teoretisk analys. Den största termoelektriska effekten observerades för strukturer som innehöll en sträckt tiolbindning med guldelektroden. Den ökade termospänningen hos strukturerna med en sträckt guld -tiol -bindning hänfördes till denna konfiguration som förskjuter energinivån för molekylen som är involverad i elektrontransport till en mer gynnsam position.

"Det observerade beroendet av termovoltage av förankringsgruppen i förbindelsestrukturerna avslöjar ett sätt att modulera den termoelektriska prestandan hos enkelmolekylanordningar, "förklarar Tsutsui.

Gruppens resultat utökar vår förståelse för hur en enkelmolekylär enhets geometri kan påverka dess termoelektriska värde. Dessa fynd bör bidra till utvecklingen av enmolekylära termoelektriska enheter som effektivt kan härleda elektricitet från värme.