Se crea una diferencia de voltaje a través de una unión de dos cables mantenidos a diferentes temperaturas. Este fenómeno, llamado efecto termoeléctrico, ha sido ampliamente estudiado y utilizado en diversas aplicaciones, como generadores de energía termoeléctrica, refrigeradores termoeléctricos y medición de temperatura. Cuando se cruzala sección del contacto de la unión se reduce a unos pocos átomos, los efectos de la mecánica cuántica o, específicamente, las interferencias cuánticas entre los electrones afectan el transporte de electrones a través de la unión. Estas interferencias dependen en gran medida de la estructura, incluidos los defectos diminutos, de los componentes atómicos.contacto de escala y material circundante, que determinan propiedades eléctricas como la conductancia y el voltaje termoeléctrico. Hasta ahora, el efecto de interferencia cuántica en contactos metálicos a escala atómica no ha encontrado mucha aplicación, debido a la dificultad de controlar con precisión las estructuras atómicas.
Akira Aiba, Manabu Kiguchi y sus colegas de Tokyo Tech demostraron experimentalmente que la magnitud y el signo del voltaje termoeléctrico a través de las uniones de oro a escala atómica se pueden controlar aplicando una tensión mecánica para deformar el contacto de manera minuciosa y precisa mientras la estructura delel material circundante no se ve afectado. Se realizaron deformaciones diminutas mediante la flexión del sustrato de la unión mediante el uso de un transductor piezoeléctrico y manteniendo un ambiente de baja temperatura para que los átomos no ganen suficiente energía cinética para vibrar fuertemente y causar deformaciones aleatorias de la estructura.el contacto se alargó, la conductancia disminuyó de manera escalonada y el voltaje termoeléctrico varió bruscamente con los cambios en el signo. Sorprendentemente, estos cambios fueron perfectamente reversibles: las propiedades eléctricas se restablecieron a sus valores iniciales cuando el contacto se comprimió de nuevo asu estructura inicial.
Se usó un rango adecuado de alargamiento que causa un cambio de conductancia escalonado con un cambio en el signo del voltaje termoeléctrico para crear un interruptor de voltaje, es decir, un dispositivo que cambia el voltaje cuando se alarga o comprime. Tal cambio de signodel voltaje termoeléctrico a través de uniones metálicas a escala atómica se observó anteriormente, pero esta es la primera vez que el cambio de signo podría controlarse de manera predecible y reversible. Curiosamente, el interruptor de voltaje desarrollado por estos científicos demostró funcionar de manera confiable durante al menos 20 ciclos dealargamiento y compresión.
Además, los científicos demostraron teóricamente que la conmutación es causada por el cambio de los estados de interferencia cuántica de los electrones debido a la modificación mecánica de la estructura del contacto. Un modelo teórico de la unión que los científicos construyeron usando la teoría funcional de la densidad con precisiónpredijo los cambios de las propiedades eléctricas con deformación variable.
Este es el primer informe sobre la manipulación exitosa de la interferencia cuántica de electrones en nanoestructuras metálicas a través de la fuerza mecánica externa. Los resultados de este estudio pueden tener aplicaciones potenciales en la generación de energía termoeléctrica, técnicas de medición en ciencia de materiales y dispositivos electrónicos de estado sólido.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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