Fils moléculaires modulables présentant des interférences quantiques pour pour des applications thermoélectriques – HotElo

L'expansion des nanotechnologies repose non seulement sur la conception de nano-modules opérationnels et leur assemblage, mais également sur la gestion des flux énergétiques (source d'énergie, récupération d'énergie). À l'échelle micro et macroscopique, la solution pour engendrer une meilleure efficacité énergétique est d'utiliser les propriétés thermoélectriques de certains matériaux (capacité à convertir réversiblement la chaleur en électricité). Cependant, à l'échelle nanométrique, ces recherches sont encore très peu nombreuses par rapport à l'électronique moléculaire, l'optoélectronique ou la spintronique. À cette l'échelle, les applications les plus évidentes seraient la prévention des échauffements et de leurs possibles effets délétères, la récupération de chaleur ou la régulation de la température de travail. De plus, d'autres fonctions restent à découvrir si l'on considère l’étendue des possibilités de fonctionnalisations offertes par l’ingénierie moléculaire.
De travaux récents ont démontré la capacité de certains systèmes moléculaires à présenter des propriétés thermoélectriques très intéressantes, dynamisant un domaine de recherche maintenant en plein essor. Le principal défi pour obtenir des systèmes technologiquement viables et applicables est de disposer de systèmes moléculaires types, stables, permettant la génération de propriétés thermoélectriques efficaces. L’objectif principal de ce projet est de contribuer à ce développement en fournissant et en évaluant des molécules innovantes, spécialement conçues pour générer un effet thermoélectrique efficace lorsqu'elles sont incorporées entre deux électrodes. Un second objectif de ce projet est d’apporter la possibilité de modifier cette propriété intrinsèquement à l’aide d’un stimulus externe, une fonctionnalité qui n'a encore jamais été implémentée. Ceci est une condition nécessaire pour accéder à des applications telles que les nano-générateurs, le traitement de l'information ou la thermisation. À cet égard, notre stratégie sera d'utiliser la lumière comme stimulus.
Pour accéder à de tels systèmes, l'idée clé est de générer des interférences quantiques dans la conductance électrique, près du niveau de Fermi. Pour ce faire, les composés d'intérêt seront déterminés à l’aide d’un criblage par calculs quantiques permettant d'orienter le choix des systèmes à synthétiser et la réalisation des dispositifs qui seront faits au fur et à mesure de l'avancée du projet. Contrairement aux recherches actuelles, axées sur les jonctions à base des fils organiques possédant des groupements secondaires ou des fullerènes modifiés, nous étudieront une voie innovante utilisant des fils organométalliques fonctionnalisés, présentant des propriétés électroniques facilement adaptables. Quantitativement, notre objectif est d'obtenir un pouvoir thermoélectrique couplé à une conductance électrique supérieurs à ceux des meilleurs systèmes moléculaires connus. De surcroît, nous incorporerons la possibilité de commutation optique des propriétés thermoélectriques, une fonctionnalité nécessaire pour les applications visées.
Un protocole rationnel de recherche combinant théorie et expérience sera utilisé pour cibler efficacement des arrangements réalistes et évaluer leur potentiel, et ce, de façon coordonnée : (i) le dépistage théorique de familles de complexes devant permettre un effet thermoélectrique efficace ; (ii) la synthèse des meilleurs candidats dans chaque famille au fur et à mesure ; (iii) une évaluation expérimentale des propriétés des nano-dispositifs ; et (iv) l'ajout d'une fonction de commutation thermoélectrique. Afin de minimiser les risques d'échec, nous ciblerons des familles de complexes dont la synthèse est bien établie. Cela nous permettra de connaître rapidement les propriétés thermoélectriques des premières jonctions moléculaires et de mettre en évidence les paramètres nécessitant une optimisation pour ce projet d'ingénierie moléculaire assistée par calculs quantiques.