Dissenyat el primer refrigerador molecular

Des de feia prop 20 anys es venia suggerint que els circuits moleculars (circuits elèctrics fabricats amb molècules individuals que imiten les funcions de díodes i transistors) podrien comportar-se també com refrigeradors termoelèctrics molt eficients. Ara, un equip internacional format per físics de la Universitat Autònoma de Madrid (UAM) (Espanya) i enginyers de la Universitat de Michigan (EUA), ha aconseguit demostrar-ho.

Guiats per una teoria quàntica del transport i dissipació de la calor en nanocircuits, els investigadors van comprovar que és possible utilitzar molècules orgàniques per controlar i augmentar el rendiment de la refrigeració termoelèctrica en circuits elèctrics.
"Observem que hi ha una relació molt estreta entre l'estructura atòmica d'una molècula i el corrent de calor que circula. Per tant, comprovem que amb un disseny adequat de les molècules és possible aconseguir i optimitzar la refrigeració termoelèctrica en dispositius nanoelectrònics", detalla Juan Carlos Cuevas, coautor del treball i investigador del Departament de Física Teòrica de la Matèria Condensada de la UAM.

Aquests resultats, publicats a la revista Nature Nanotechnology, obren la porta al disseny d'una nova generació de dispositius de refrigeració eficients amb àmplies aplicacions en nanotecnologia.
"Els refrigeradors que hem dissenyat són un exemple de tecnologia quàntica. Tenen un gran potencial ja que posseeixen una densitat de corrent elèctric i, per tant, un poder refredador molt superior al dels refrigeradors termoelèctrics existents fins a la data", destaca Linda Angela Zotti, també coautora i investigadora del mateix departament de la UAM.
"Més important encara és la idea que aquest treball ha establert els mecanismes bàsics que regeixen la refrigeració termoelèctrica a la nanoescala", afegeix la investigadora.
Els refrigeradors termoelèctrics es basen en el fenomen físic conegut com a efecte Peltier, que consisteix en la conversió de corrent elèctrica en calor. D'aquesta manera utilitzen energia elèctrica per refredar una part del mateix a costa d'escalfar altra. En comparació amb els refrigeradors comuns, com els que tenim a casa, aquests refrigeradors són respectuosos amb el medi ambient al no contenir substàncies que produeixin efecte hivernacle o que afectin la capa d'ozó.

Com que els circuits moleculars constitueixen el límit últim de la miniaturització, la nova nevera molecular termoelèctrica és la nevera més petita possible. La seva fabricació i caracterització va requerir d'una nova plataforma experimental, basada en la combinació d'un microscopi de forces atòmiques i un diminut calorímetre ultra sensible.
"La fabricació de la nevera es va completar dipositant sobre el calorímetre una superfície d'or que al seu torn es recobreix amb les molècules que es volen estudiar. Finalment, les molècules es van contactar pel costat lliure amb la punta del microscopi, formant així un circuit elèctric que té les molècules a la part central", explica Juan Carlos Cuevas.

"Quan el circuit es connecta a una bateria, un corrent elèctric passa per les molècules, de manera que amb el calorímetre es pot determinar si aquest corrent està generant calor, com passa habitualment o si, per contra està refredant la superfície sobre la qual es dipositen les molècules", completa l'investigador.

Font: Universidad Autónoma de Madrid