Diseñado el primer refrigerador molecular orgánico

Físicos de la Autónoma de Madrid e ingenieros de la Universidad de Michigan han demostrado que se pueden fabricar refrigeradores termoeléctricos usando moléculas orgánicas como elemento activo.

Desde hacía cerca 20 años se sugería que los circuitos moleculares –circuitos eléctricos fabricados con moléculas individuales que imitan las funciones de diodos y transistores– podrían comportarse también como refrigeradores termoeléctricos muy eficientes.

Guiados por una teoría cuántica del transporte y disipación del calor en nanocircuitos, los investigadores comprobaron que es posible utilizar moléculas orgánicas para controlar y aumentar el rendimiento de la refrigeración termoeléctrica en circuitos eléctricos.

«Observamos que existe una relación muy estrecha entre la estructura atómica de una molécula y la corriente de calor que circula por ella –detalla el coautor del trabajo e investigador del Departamento de Física Teórica de la Materia Condensada de la UAM, Juan Carlos Cuevas–. Por tanto, comprobamos que con un diseño adecuado de las moléculas es posible conseguir y optimizar la refrigeración termoeléctrica en dispositivos nanoelectrónicos».

Estos resultados, publicados en la revista ‘Nature Nanotechnology’, abren la puerta al diseño de una nueva generación de dispositivos de refrigeración eficientes con amplias aplicaciones en nanotecnología.

«Los refrigeradores que hemos diseñado son un ejemplo de tecnología cuántica», explica la coautora del trabajo Linda Angela Zotti, investigadora del mismo departamento de la UAM, que destaca el «gran potencial» que tienen los refrigerados, ya que poseen una densidad de corriente eléctrica, y por tanto un poder enfriador muy superior al de los refrigeradores termoeléctricos existentes hasta la fecha.

«Más importante aún es la idea de que este trabajo ha establecido los mecanismos básicos que rigen la refrigeración termoeléctrica en la nanoescala», agrega la investigadora.

EL MAS PEQUEÑO DEL MUNDO Y RESPETUOSO CON EL MEDIO AMBIENTE

Los refrigeradores termoeléctricos se basan en el fenómeno físico conocido como efecto Peltier, que consiste en la conversión de corriente eléctrica en calor. De este modo utilizan energía eléctrica para enfriar una parte del mismo a costa de calentar otra. En comparación con los refrigeradores comunes, como los que se encuentran en los hogares, estos refrigeradores son respetuosos con el medio ambiente al no contener sustancias de efecto invernadero o que afecten a la capa de ozono.

Dado que los circuitos moleculares constituyen el límite último de la miniaturización, el nuevo refrigerador molecular termoeléctrico es el refrigerador más pequeño posible. Su fabricación y caracterización requirió de una nueva plataforma experimental, basada en la combinación de un microscopio de fuerzas atómicas y un diminuto calorímetro ultra sensible.

«La fabricación del refrigerador se completó depositando sobre el calorímetro una superficie de oro que a su vez se recubre con las moléculas que se desean estudiar –comenta Juan Carlos Cuevas–. Finalmente, las moléculas se contactaron por el lado libre con la punta del microscopio, formando así un circuito eléctrico que tiene a las moléculas en su parte central».

Tal y como explica el investigador, cuando el circuito se conecta a una batería, una corriente eléctrica pasa por las moléculas, de modo que con el calorímetro se puede determinar si dicha corriente está generando calor, como ocurre habitualmente, o si por el contrario está enfriando la superficie sobre la que se depositan las moléculas.

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