Los dispositivos de próxima generación basados ​​en materiales moleculares tienen el potencial de utilizar de manera eficiente la luz solar para producir electricidad o impulsar reacciones químicas. A diferencia de las células solares comerciales, donde la absorción de luz genera directamente una carga que se puede extraer como electricidad, La absorción de luz por materiales moleculares crea estados energéticos sin carga llamados excitones. El truco para hacer un dispositivo efectivo es convertir eficientemente los excitones en carga. Este estudio descubrió un nuevo mecanismo para crear carga a partir de excitones. Siguiendo excitones en un material molecular modelo, un equipo descubrió que los excitones de energía más baja producidos en lo profundo de la masa juegan un papel más importante en la generación de carga de lo que se pensaba anteriormente.

El estudio del equipo muestra que un La vía más lenta crea la mayor parte de la carga en la interfaz. Esta información muestra una vía que los científicos deberían considerar al diseñar la electrónica molecular. El estudio también proporciona valores de referencia absolutos para el diseño de interfaces especializadas que convierten la luz en carga de manera eficiente.

Para diseñar células solares moleculares, sensores, etc., los investigadores necesitan saber cómo la luz crea electricidad a escala atómica. Esto no es fácil porque los procesos pueden ocurrir en una billonésima de segundo (picosegundo). Los investigadores encontraron una manera, utilizando espectroscopía de fotoelectrones de rayos X de resolución temporal de picosegundos y un material modelo hecho de un donante de electrones a base de cobre y un aceptor de carbono. Específicamente, analizaron las heterouniones organometálicas en un donante de cobre-ftalocianina (CuPc) y un aceptor a base de fullereno (C60). El método permite a los científicos estudiar cómo los excitones migran a través del material y se disocian en cargas separadas que son útiles para aplicaciones electrónicas o químicas. Sus resultados cambiaron la forma en que los científicos piensan sobre la energía en este material. La vista anterior se centró en los excitones de mayor energía, conocidos como excitones singlete, que son generados directamente por la luz. Los investigadores pensaron que los excitones singlete creados donde los materiales donante y aceptor se encuentran generaban la mayor parte de la electricidad. No tan. Formación más lenta Los excitones triplete de menor energía que se forman en la mayor parte del material a base de cobre contribuyen con la mayor parte de la carga sobre una base promediada en el tiempo.

El estudio ofrece nuevos conocimientos sobre la migración de excitones y la generación de carga en estos materiales. También, proporciona valores de referencia absolutos para el diseño de CuPc-C ₆₀ heterouniones para una conversión eficiente de luz a carga.