새로운 유기 금속 분자 접합으로 나노 스케일 열전 활성화

[아름이]

새로운 유기 금속 분자 접합으로 나노 스케일 열전 활성화
날짜:
2023년 1월 12일
원천:
도쿄공업대학
요약:
다핵 유기 금속 접합은 나노 크기의 고성능 열전 장치를 실현하는 열쇠가 될 수 있습니다. 유기금속 루테늄 알키닐 복합체의 독특한 전자 구조를 통해 연구원들은 분자 접합에서 전례 없는 열-전기 변환 성능을 달성하여 분자 규모의 온도 센서 및 열 에너지 수확기로 가는 길을 열었습니다.

다핵 유기 금속 접합은 도쿄 기술과 고려 대학의 과학자들이 밝혔듯이 고성능 열전 장치를 나노 크기로 구현하는 데 핵심이 될 수 있습니다. 유기금속 루테늄 알키닐 복합체의 독특한 전자 구조를 통해 연구원들은 분자 접합에서 전례 없는 열-전기 변환 성능을 달성하여 분자 규모의 온도 센서 및 열 에너지 수확기로 가는 길을 열었습니다.

제벡 효과는 전도체에 온도차가 존재할 때 전압 또는 전류가 생성되는 열전 현상입니다. 이 효과는 열-전기 에너지 하베스터, 감지 장치 및 온도 제어와 같은 기존 및 신흥 열전 응용 분야의 기초입니다.

더 작은 장치에 대한 끊임없는 요구에 따라 과학자들은 나노 규모에서 Seebeck 효과를 활용할 새로운 방법을 찾고 있습니다. 이를 달성하는 한 가지 방법은 하나 또는 몇 개의 개별 분자로 연결된 두 개의 전극으로 구성된 소형 장치인 분자 접합을 사용하는 것입니다. 이러한 분자가 온도에 얼마나 민감한가에 따라 분자 접합부의 열전 특성을 미세 조정하여 의도한 응용 분야에 맞출 수 있습니다.

지금까지 분자열전소자에 대한 대부분의 연구는 다소 단순한 유기분자에 국한되어 왔다. 이로 인해 제벡 계수가 낮은 분자 접합이 발생하여 온도-전압 변환 및 성능이 저하됩니다. 따라서 더 나은 특성과 가장 중요하게는 더 높은 제벡 계수를 가진 분자 접합을 설계하기 위한 지속적인 과제가 있습니다.

다행스럽게도 최근 일본 동경공업대학(Tokyo Tech)의 Yuya Tanaka 조교수와 한국 고려대학교의 윤효재 교수를 포함한 연구팀이 수행한 연구가 이 분야에서 상당한 진전을 가져올 수 있습니다. 나노 레터스( Nano Letters ) 에 발표된 논문에서 언급한 바와 같이 , 연구원들은 이 수수께끼의 핵심이 될 수 있는 특정 유형의 유기 금속 화합물인 루테늄 알키닐 착물에 주목했습니다. 그러나 이전 연구와 달리 연구팀은 여러 Ru(dppe) 2 [여기서 Ru는 루테늄이고 dppe는 1,2-비스(디페닐포스피노)에탄] 조각을 기반으로 하는 다핵 루테늄 알키닐 착물이 더 강력한 분자 접합으로 이어질 수 있는지에 대해 궁금해했습니다. , 독특한 전자 구조 덕분입니다.

그들의 이론을 테스트하기 위해 과학자들은 서로 다른 수의 루테늄 알키닐 착물을 가진 유기 금속 화합물로 연결된 두 개의 대향하는 평면 전극으로 구성된 다양한 자기 조립 단일층(SAM)을 준비했습니다. 뜨거운 전극은 유기 금속 분자 접합을 위한 우수한 고정 기판을 제공하기 위해 매우 매끄러운 금으로 만들어졌으며 차가운 전극은 갈륨 산화물 층으로 덮인 액체 금속인 공융 갈륨-인듐으로 만들어졌습니다.

연구팀은 다양한 실험과 이론적 방법을 통해 이러한 SAM의 제벡 계수가 분자 접합의 루테늄 원자 수와 유기 백본의 산화 상태 및 상세한 화학 조성에 따라 어떻게 변하는지 연구했습니다. 특히 그들은 준비된 분자 접합이 전례 없는 열전 성능을 달성했다는 것을 발견했습니다. Tanaka 조교수는 "우리의 유기 금속 화합물은 순수 유기 화합물보다 훨씬 더 높은 제벡 계수 값을 나타냈습니다. 또한 우리가 아는 한 제벡 계수는 73입니다. 3핵 루테늄 착물에 대해 얻은 μV/K는 문헌에 보고된 기존 분자에 비해 현저하게 뛰어납니다." 이에 더해 준비된 분자접합은 놀라운 열적 안정성을 가지고 있었고,

이러한 결과는 열전자공학 분야에서 일하는 사람들에게 매우 고무적인데, 이는 나노스케일 반도체 생산에서 마침내 돌파구를 달성하기 위한 새로운 전략을 제시할 수 있기 때문입니다. Tanaka 조교수는 "이 작업은 효율적인 온도 조절 및 열-전기 변환을 위한 분자 규모 장치 개발에 대한 중요한 통찰력을 제공합니다."라고 강조합니다.

미래의 열전 분자 접합의 새로운 개발을 주시하십시오. 차세대 전자 장치의 열 및 열 제어를 통한 지속 가능한 발전의 핵심이 될 수 있습니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/