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Thermal conductance of single-molecule junctions

机译：单分子结的热敏电导

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摘要

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：单分子结已广泛用于探测性能，如电导通电导电（1-3），发光（4），热电能转换（5,6），量子干扰（7,8），散热（9， 10）原子和分子尺度的电子噪声（11）。然而，由于在Picowatt级别检测微小热电流的挑战，单分子结的热敏电感 - 尚未直接确定了单分子交叉点的热传导。在这里，我们表明，先前开发的Picoatt分辨率扫描探针研究单金属 - 原子连接的热传导（12），当与时间平均测量方案结合使用以增加信噪比时，也允许定量单分子结的大大降低的热敏电导。我们对含有两〜10碳原子的原型Au-烷基二硫醇-Au结的实验证实，热敏度是与分子长度无关的第一近似，与详细的AB Initio模拟一致。我们预测我们的方法将使许多其他一维系统（例如短分子和聚合物链）中的热传输系统探索，其中热导流（13-16）的计算预测保持实验无法进入。

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);
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  • 正文语种 eng
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