代尔夫特理工大学 信用:Pixabay/CC0公共域 今天物理学家的梦想之一是能够从散发的热量中回收电能
这个问题的关键可能在于包含单个分子的电路
量子态的性质可以极大地增强热电势，而不是局限于经典电导
但是，什么量子态能提供好的效率呢？哪些特征是可取的？理论经常提供相反的预测
不幸的是，实验还没有提供任何证据，因为它们很难建立
但是现在，代尔夫特理工大学的研究人员与加州大学卢万分校、牛津大学、西北大学和赫里奥特-瓦特大学合作完成了这项工作
他们第一次实验性地探索了单个分子依赖于门和偏压的热电特性
研究结果发表在《自然纳米技术》杂志上
掌握通过单个分子的热电流是热电能量采集器具有前所未有的效率的关键
然而，这仅在理论上是正确的，因为详细的实验测试直到现在都是不可能的:研究单个分子的热电特性是一项困难的任务，它要求有可能精确地加热单个分子的一面，同时保持另一面冷
它还需要能够精确测量产生的微小热电电流，这种电流的大小只有几法-帕
此外，实验参数的可调谐性，如对单个分子施加的温度偏置和对其电化学电势的控制，对于彻底理解这种原子大小的物体中热电的基本物理是至关重要的
长期存在的假设 在一篇新论文中，代尔夫特大学的研究人员完成了这样一个具有挑战性的实验
他们采用了一种新的方法，使他们能够同时研究单个分子的电学和热电特性，并在大的栅极和偏置电压范围内进行研究
“我们的实验首次揭示了内部自由度(如分子振动或自旋熵)对热电特性的作用，”加州大学卢万分校前研究员、助理教授帕斯卡·盖林说
“通过访问热电响应函数，我们获得了对单分子传输函数的全面了解，从而验证了关于分子电子学中电子、自旋和振动自由度之间相互作用的长期假设
" 综合方向 这是同类测量中的第一次
他们揭示了不同状态的不同贡献，并显示了电子-振动耦合和自旋熵的重要性
盖林:“因此，我们验证了哪些因素对热电特性影响最大的理论，并指出影响单个分子热能转换的合成方向
" 这些结果也为分子设计提供了第一个现实的实现
研究人员发现，单个分子的热电响应强烈地受到其熵的影响，或者换句话说，受到其无序状态的影响
如果分子的熵在增加一个额外的电子后变化很大(因为，e
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它的自旋自由度改变)，可以获得增强的热电功率因数
因此，设计具有高空间或自旋熵的单分子将是设计未来用于能量收集应用的热电发电机的一种有前途的新途径
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