A conversão direta de uma diferença de temperatura em eletricidade, conhecido como efeito termoelétrico, é uma abordagem ecologicamente correta para a coleta direta de eletricidade do calor. A capacidade de um material de converter calor em eletricidade é medida por sua figura termoelétrica de mérito. Materiais com alto valor termoelétrico são, portanto, amplamente desejados para uso na captação de energia. Os efeitos do confinamento quântico em nanomateriais decorrentes de seus estados eletrônicos discretos podem aumentar sua figura de mérito termoelétrica. Em particular, uma única molécula conectando dois eletrodos exibe confinamento quântico. A otimização dos estados eletrônicos de eletrodos de ponte de uma única molécula pode produzir um grande efeito termoelétrico. O contato entre a molécula e os eletrodos também influenciará seu comportamento termoelétrico. Contudo, esta relação raramente foi considerada devido a dificuldades técnicas.

Pesquisadores da Universidade de Osaka investigaram recentemente a influência que a geometria dos contatos eletrodo-molécula única tem no comportamento termoelétrico da molécula. Conforme relatado em uma edição recente de Relatórios Científicos , eles mediram simultaneamente a condutância elétrica e a termovoltagem de moléculas com diferentes grupos que ancoram as moléculas aos eletrodos à temperatura ambiente no vácuo.

A equipe primeiro fabricou estruturas consistindo de eletrodos de ouro ligados por várias moléculas individuais. A distância entre os eletrodos, que foram mantidos sob um gradiente de temperatura, foi aumentado e diminuído repetidamente enquanto a condutância elétrica e a termovoltagem de cada estrutura eram medidas.

"Nós investigamos as características termoelétricas de várias moléculas à base de benzeno com ênfase na influência de suas estruturas de junção, "diz o autor correspondente Makusu Tsutsui." As moléculas exibiram comportamentos diferentes dependendo de seus grupos de ancoragem de eletrodo, e todos os tipos de moléculas exibiram vários estados de termovoltagem. "

Os múltiplos estados de termovoltagem das moléculas foram investigados por medidas termoelétricas e análises teóricas. O maior efeito termoelétrico foi observado para estruturas contendo uma ligação tiol esticada com o eletrodo de ouro. O aumento da termovoltagem das estruturas com uma ligação de ouro-tiol esticado foi atribuído a esta configuração deslocando o nível de energia da molécula envolvida no transporte de elétrons para uma posição mais favorável.

"A dependência observada da termovoltagem no grupo de ancoragem nas estruturas de junção revela uma forma de modular o desempenho termoelétrico de dispositivos de uma única molécula, "explica Tsutsui.

Os resultados do grupo expandem nossa compreensão de como a geometria de um dispositivo de uma única molécula pode influenciar sua figura termoelétrica de mérito. Essas descobertas devem contribuir para o desenvolvimento de dispositivos termoelétricos de uma única molécula que podem derivar eletricidade de forma eficiente do calor.