Um dos sonhos dos fa­sicos hoje éser capaz de colher eletricidade do calor dissipado. A chave para isso provavelmente reside em circuitos que contem moléculas únicas. Em vez de ser limitada a  conduta¢ncia cla¡ssica, a energia termelanãtrica pode ser intensificada dramaticamente pelas propriedades dos estados qua¢nticos. Mas então, quais estados qua¢nticos oferecem boa eficiência? Quais caracteri­sticas são desejáveis? A teoria geralmente oferece previsaµes contrastantes. Infelizmente, os experimentos também não forneceram nenhuma prova, uma vez que são notoriamente difa­ceis de configurar. Mas agora, pesquisadores da Delft University of Technology (TU Delft) em colaboração com UC Louvain, University of Oxford, Northwestern University e Heriot-Watt University fizeram exatamente isso. Eles sondaram experimentalmente as propriedades termoelanãtricas dependentes de gate e polarização de uma única molanãcula pela primeira vez. Os resultados foram publicados em Nature Nanotechnology .

Dominar a termocorrente por meio de moléculas únicas éa chave para os coletores de energia termoelanãtrica com eficiências sem precedentes. No entanto, isso éverdade apenas em teoria, porque testes experimentais detalhados simplesmente não eram possa­veis atéagora: estudar as propriedades termoelanãtricas de uma única molanãcula éuma tarefa difa­cil que requer a possibilidade de aquecer precisamente um lado de uma única molanãcula enquanto mantanãm o outro lado frio. Tambanãm requer a capacidade de medir com precisão as diminutas correntes termoelanãtricas resultantes, que tem apenas alguns fA-pA de tamanho. Além disso, a sintonia dos parametros experimentais, como o enviesamento da temperatura aplicada a  molanãcula única e o controle de seu potencial eletroqua­mico, são vitais para um entendimento completo da física subjacente da termoeletricidade em objetos do tamanho de a¡tomos.

Em um novo artigo, os pesquisadores da TU Delft realizaram um experimento tão desafiador. Eles empregam uma nova metodologia que lhes permite estudar as propriedades elanãtricas e termoelanãtricas de uma única molanãcula simultaneamente, e sobre um grande portão e regime de tensão de polarização.

"Nossos experimentos revelam - pela primeira vez - o papel dos graus internos de liberdade, como vibrações moleculares ou entropia de spin, nas propriedades termoelanãtricas", diz o ex-pesquisador da TU Delft e professor assistente na UC Louvain Pascal Gehring. "Acessando a função de resposta termoelanãtrica, obtemos uma visão completa da função de transmissão de moléculas individuais e, assim, verificamos suposições antigas sobre a interação de graus de liberdade eletra´nicos, de spin e vibracionais na eletra´nica molecular."

As medidas são as primeiras de seu tipo. Eles revelam as diferentes contribuições de diferentes estados e mostram a importa¢ncia do acoplamento elanãtron-vibracional e da entropia de spin. Gehring: "Assim, validamos as teorias sobre quais fatores impactam mais crucialmente as propriedades termoelanãtricas e indicamos as direções sintanãticas que influenciam a conversão de calor em energia em moléculas individuais."

Os resultados também fornecem a primeira implementação realista de um projeto molecular. Os pesquisadores descobriram que a resposta termoelanãtrica de uma única molanãcula éfortemente impactada por sua entropia, ou em outras palavras, seu estado de desordem. Se a entropia da molanãcula muda muito ao adicionar um elanãtron extra a ela (porque, por exemplo, seu grau de liberdade de spin muda), um fator de potaªncia termoelanãtrica aumentado pode ser obtido. Assim, a engenharia de moléculas únicas com altas entropias espaciais ou de spin seria uma nova maneira promissora de projetar futuros geradores de energia termoelanãtrica para aplicações de coleta de energia.