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Thermal conductance of single-molecule junctions

机译：单分子结的热导

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Single-molecule junctions have been extensively used to probe properties as diverse as electrical conduction(1-3), light emission(4), thermoelectric energy conversion(5,6), quantum interference(7,8), heat dissipation( 9,10) and electronic noise(11) at atomic and molecular scales. However, a key quantity of current interest-the thermal conductance of single-molecule junctions-has not yet been directly experimentally determined, owing to the challenge of detecting minute heat currents at the picowatt level. Here we show that picowatt-resolution scanning probes previously developed to study the thermal conductance of single-metal-atom junctions(12), when used in conjunction with a time-averaging measurement scheme to increase the signal-to-noise ratio, also allow quantification of the much lower thermal conductance of single-molecule junctions. Our experiments on prototypical Au-alkanedithiol-Au junctions containing two to ten carbon atoms confirm that thermal conductance is to a first approximation independent of molecular length, consistent with detailed ab initio simulations. We anticipate that our approach will enable systematic exploration of thermal transport in many other one-dimensional systems, such as short molecules and polymer chains, for which computational predictions of thermal conductance(13-16) have remained experimentally inaccessible.
机译：单分子结已被广泛用于探测各种特性，例如电导率（1-3），发光（4），热电能量转换（5,6），量子干扰（7,8），散热（9）。 10）以及原子和分子尺度的电子噪声（11）。然而，由于在皮瓦级检测微小热电流的挑战，目前尚未直接实验确定关键的电流量-单分子结的热导率。在这里，我们展示了以前开发用于研究单金属原子结的热导率的皮瓦分辨率扫描探针（12），当与时间平均测量方案结合使用以提高信噪比时，还可以实现量化单分子结的低得多的热导率。我们对包含2至10个碳原子的典型Au-alkanedithiol-Au结进行的实验证实，热导率与分子长度无关，是一个近似的近似值，与详细的从头算模拟相似。我们预计，我们的方法将使能够在许多其他一维系统（例如短分子和聚合物链）中进行热传输的系统探索，而对于热导率的计算预测（13-16）在实验上仍然无法获得。

著录项

  • 来源
    《Nature》 |2019年第7771期|628-633|共6页
  • 作者

    Cui Longji; Hur Sunghoon; Akbar Zico Alaia; Klockner Jan C.; Jeong Wonho; Pauly Fabian; Jang Sung-Yeon; Reddy Pramod; Meyhofer Edgar;

  • 作者单位

    Univ Michigan, Dept Mech Engn, Ann Arbor, MI 48109 USA|Rice Univ, Smalley Curl Inst, Houston, TX USA|Rice Univ, Dept Phys & Astron, Houston, TX USA;

    Univ Michigan, Dept Mech Engn, Ann Arbor, MI 48109 USA;

    Kookmin Univ, Dept Chem, Seoul, South Korea;

    Okinawa Inst Sci & Technol Grad Univ, Onna Son, Okinawa, Japan|Univ Konstanz, Dept Phys, Constance, Germany;

    Univ Michigan, Dept Mech Engn, Ann Arbor, MI 48109 USA;

    Okinawa Inst Sci & Technol Grad Univ, Onna Son, Okinawa, Japan|Univ Konstanz, Dept Phys, Constance, Germany;

    Kookmin Univ, Dept Chem, Seoul, South Korea|Ulsan Natl Inst Sci & Technol, Dept Energy Engn, Ulsan, South Korea;

    Univ Michigan, Dept Mech Engn, Ann Arbor, MI 48109 USA|Univ Michigan, Dept Mat Sci & Engn, Ann Arbor, MI 48109 USA;

    Univ Michigan, Dept Mech Engn, Ann Arbor, MI 48109 USA;

  • 收录信息 美国《科学引文索引》(SCI);美国《工程索引》(EI);美国《生物学医学文摘》(MEDLINE);美国《化学文摘》(CA);
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 eng
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