À medida que os dispositivos continuam a encolher, novos desafios em sua medição e design se apresentam. Para dispositivos baseados em junções moleculares, em que moléculas únicas estão ligadas a metais ou semicondutores, temos uma variedade de técnicas para estudar e caracterizar suas propriedades de transporte elétrico. Em contraste, sondar as propriedades de transporte térmico de tais junções em nanoescala provou ser mais desafiador, e muitos fenômenos quânticos relacionados à temperatura neles permanecem mal compreendidos.
Em alguns estudos, os cientistas conseguiram medir as propriedades de transporte térmico em junções moleculares em nanoescala usando uma técnica chamada microscopia térmica de varredura (SThM). Este método envolve colocar uma ponta metálica muito afiada em contato com o material alvo e mover essa ponta por toda a superfície do material. A ponta, que é aquecida por trás usando um laser, contém um termopar. Este pequeno dispositivo mede as diferenças de temperatura e, assim, equilibrando o aquecimento da ponta causado pelo laser com o resfriamento da ponta causado pelo fluxo de calor na amostra alvo, torna-se possível medir as características de transporte térmico de um material ponto a ponto.

Em um estudo recente publicado no Journal of the American Chemical Society , cientistas da Tokyo Tech relataram uma descoberta fortuita, mas importante, ao usar SThM. A equipe estava empregando uma técnica SThM para medir as propriedades de transporte térmico de monocamadas automontadas (SAMs). Essas amostras continham listras alternadas de cada um dos três pares possíveis entre n-hexadecanotiol, n-butanotiol e benzenotiol. Além de empregar a abordagem SThM baseada em contato padrão, os pesquisadores também tentaram usar um regime sem contato, no qual a ponta do microscópio térmico de varredura foi mantida acima da amostra sem tocá-la. Inesperadamente, eles perceberam que esse regime sem contato tinha algum potencial sério.

No regime de contato SThM, o calor flui diretamente da ponta para a amostra. Por outro lado, no regime SThM sem contato, a única transferência de calor entre a ponta e a amostra ocorre via radiação de calor. Como a equipe aprendeu por meio de experimentos, enquanto o regime de contato é melhor para visualizar as características de transporte térmico, o regime sem contato é muito mais sensível ao comprimento real das moléculas "saindo" do substrato. Assim, a combinação dos regimes de não contato e contato fornece uma maneira totalmente nova de criar imagens de transporte topográfico e térmico de uma amostra simultaneamente.

Além disso, a abordagem sem contato tem vantagens sobre outras técnicas de microscopia bem estabelecidas, como o professor associado Shintaro Fujii, principal autor do artigo, explica:"A abordagem SThM sem contato é completamente não destrutiva, ao contrário de outras técnicas como força atômica microscopia, que requer contato entre a ponta de varredura e a amostra e, portanto, tem um impacto mecânico que pode danificar materiais orgânicos macios."

No geral, a visão fornecida por este estudo abrirá o caminho para novos avanços tecnológicos e uma compreensão mais profunda dos materiais em nanoescala. “Nosso trabalho não é apenas o primeiro a fornecer imagens térmicas de SAMs orgânicos, mas também fornece uma nova técnica para investigar as propriedades de transporte térmico, que serão essenciais para o gerenciamento térmico em vários tipos de nanodispositivos”, conclui Fujii.

Esperemos que este trabalho ajude os cientistas a elucidar os muitos mistérios dos fenômenos térmicos. + Explorar mais

Pesquisadores apresentam nova rota para medições térmicas com resolução nanométrica