p Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio alcançaram a comutação precisa e totalmente reversível da polaridade da voltagem produzida pelo efeito termoelétrico em uma junção de ouro com um contato em escala atômica. O controle da tensão termoelétrica foi realizado através do alongamento mecânico do contato. Espera-se que esta tecnologia encontre aplicações na geração de termelétricas, técnicas de medição em ciência dos materiais, e dispositivos eletrônicos de estado sólido. p Uma diferença de tensão é criada em uma junção de dois fios mantidos em temperaturas diferentes. Este fenômeno, chamado efeito termoelétrico, tem sido amplamente estudado e usado em várias aplicações, como geradores de energia termoelétrica, refrigeradores termoelétricos, e medição de temperatura. Quando a seção transversal do contato de junção é reduzida a alguns átomos, efeitos da mecânica quântica ou, especificamente, interferências quânticas entre elétrons afetam o transporte de elétrons através da junção. Essas interferências são fortemente dependentes da estrutura, incluindo pequenos defeitos, do contato em escala atômica e do material circundante, que determinam propriedades elétricas, como condutância e voltagem termoelétrica. Até aqui, efeito de interferência quântica em contatos de metal em escala atômica não encontrou muita aplicação, por causa da dificuldade em controlar com precisão as estruturas atômicas.

p Akira Aiba, Manabu Kiguchi e seus colegas da Tokyo Tech demonstraram experimentalmente que a magnitude e o sinal da tensão termoelétrica nas junções de ouro em escala atômica podem ser controlados pela aplicação de uma tensão mecânica para deformar o contato minuciosa e precisamente enquanto a estrutura do material circundante permanece inalterada. Minutas deformações foram realizadas por meio de flexão do substrato da junção por meio de um transdutor piezoelétrico e pela manutenção de um ambiente de baixa temperatura para que os átomos não ganhassem energia cinética suficiente para vibrar fortemente e causar deformações aleatórias da estrutura. Como o contato foi alongado, a condutância diminuiu gradativamente, e a tensão termoelétrica variou acentuadamente com as mudanças de sinal. Notavelmente, essas mudanças eram perfeitamente reversíveis:as propriedades elétricas foram restauradas aos seus valores iniciais quando o contato foi comprimido de volta à sua estrutura inicial.

p Uma faixa adequada de alongamento que causa uma mudança semelhante a uma etapa na condutância com uma mudança no sinal da voltagem termoelétrica foi usada para criar uma chave de voltagem, ou seja, um dispositivo que muda a voltagem quando alongado ou comprimido. Essa mudança de sinal de voltagem termoelétrica através das junções de metal em escala atômica foi observada anteriormente, mas esta é a primeira vez que a mudança de sinal pode ser controlada de forma previsível e reversível. Interessantemente, a chave de voltagem desenvolvida por esses cientistas mostrou funcionar de forma confiável ao longo de pelo menos 20 ciclos de alongamento e compressão.

p Avançar, os cientistas provaram teoricamente que a mudança é causada pela mudança dos estados de interferência quântica dos elétrons devido à modificação mecânica da estrutura do contato. Um modelo teórico da junção que os cientistas construíram usando a teoria do funcional da densidade previu com precisão as mudanças das propriedades elétricas com deformação variável.

p Este é o primeiro relato de manipulação bem-sucedida da interferência quântica de elétrons em nanoestruturas metálicas por meio de força mecânica externa. Os resultados deste estudo podem ter aplicações potenciais na geração de termelétricas, técnicas de medição em ciência dos materiais, e dispositivos eletrônicos de estado sólido.