Al usar una cámara ultrarrápida, Los científicos dicen que han observado los primeros instantes después de la absorción de luz en nanoestructuras artificiales pero orgánicas y encontraron que las cargas no solo se formaron rápidamente, sino que también se separaron muy rápidamente en largas distancias, fenómenos que ocurren debido a la naturaleza ondulatoria de los electrones que están gobernados por leyes fundamentales de la mecánica cuántica.

Este resultado sorprendió a los científicos, ya que se creía que tales fenómenos se limitaban a estructuras inorgánicas "perfectas" y caras; en lugar de lo suave, material orgánico flexible que muchos creen que es la clave para Células solares 'rollo a rollo' que podrían imprimirse a temperatura ambiente, un mundo muy diferente del procesamiento tradicional pero costoso de las tecnologías de silicio actuales.

El estudio, publicado hoy en la revista Ciencias , arroja nueva luz sobre el mecanismo misterioso que permite que las cargas positivas y negativas se separen de manera eficiente, una pregunta crítica que continúa desconcertando a los científicos, y lleva a los investigadores un paso más cerca de imitar de manera efectiva la capacidad altamente eficiente de recolectar la luz solar y convertirla en energía. a saber, la fotosíntesis, que el mundo natural evolucionó a lo largo de milenios.

"Este es un resultado muy sorprendente. Tales fenómenos cuánticos generalmente se limitan a cristales perfectos de semiconductores inorgánicos, y uno no espera ver tales efectos en las moléculas orgánicas, que están muy desordenadas y tienden a parecerse a un plato de espaguetis cocidos en lugar de un cristal, "dijo el Dr. Simon Gélinas, del Laboratorio Cavendish de Cambridge, quien dirigió la investigación con colegas de Cambridge y de la Universidad de California en Santa Bárbara.

Durante los primeros femtosegundos (una millonésima de una mil millonésima de segundo) cada carga se esparce sobre múltiples moléculas en lugar de localizarse en una sola. Este fenómeno, conocida como coherencia espacial, permite que una carga viaje muy rápidamente a lo largo de varios nanómetros y escape de su compañero con carga opuesta, un paso inicial que parece ser la clave para generar cargas de larga duración, dicen los investigadores. Esto luego se puede utilizar para generar electricidad o para reacciones químicas.

Al diseñar cuidadosamente la forma en que las moléculas se agrupan, el equipo descubrió que era posible ajustar la coherencia espacial y amplificar, o reducir, esta separación de largo alcance. "Quizás lo más importante es que los resultados sugieren que debido a que el proceso es tan rápido, también es energéticamente eficiente, lo que podría resultar en más energía fuera de la celda solar, "dijo el Dr. Akshay Rao, coautor del estudio del Laboratorio Cavendish.

Dr. Alex Chin, quien lideró la parte teórica del proyecto, agregó eso, si miras más allá de las implicaciones del estudio para las células solares orgánicas, esta es una demostración clara de "cómo los procesos mecánicos cuánticos fundamentales, como la coherencia, desempeñan un papel crucial en los sistemas orgánicos y biológicos desordenados y se pueden aprovechar en nuevas tecnologías cuánticas ".