Электроны катапультируются через солнечные материалы всего за 18 фемтосекунд
Учёные обнаружили, что молекулярные вибрации могут запускать электроны с рекордной скоростью, что меняет принципы проектирования солнечных элементов
Короткое резюме
Исследователи из Кембриджского университета зафиксировали, что электроны в солнечных материалах могут перемещаться через границу раздела материалов всего за 18 фемтосекунд, используя естественные молекулярные вибрации как «молекулярную катапульту». Это почти предельная скорость, допускаемая природой, и она значительно превышает предсказания традиционных теорий.
Эксперимент был намеренно построен на системе с минимальной разницей энергий и слабым взаимодействием между полимерным донором и акцептором, что, согласно устоявшимся правилам проектирования, должно было привести к медленному переносу заряда. Однако с помощью сверхбыстрых лазеров учёные увидели, что высокочастотные вибрации полимера, вызванные светом, активно и направленно «толкают» электрон, создавая когерентный, а не случайный процесс.
Открытие указывает на новый принцип проектирования светопоглощающих технологий, таких как органические солнечные элементы и фотокаталитические системы. Вместо подавления молекулярных движений теперь можно создавать материалы, которые используют вибрации для ультрабыстрого разделения заряда, что потенциально повысит эффективность преобразования солнечной энергии в электричество.
Рекордная скорость переноса
Электрон преодолевает границу раздела материалов за 18 фемтосекунд, что соответствует временному масштабу одной молекулярной вибрации
Новый механизм движения
Перенос заряда осуществляется не медленной диффузией, а направленным, «баллистическим» запуском, который активно приводят в действие молекулярные вибрации
Опровержение классических правил
Скорость достигнута в системе, которая по всем классическим параметрам (малая разница энергий, слабая связь) должна была работать медленно
Новый принцип проектирования
Эффективность разделения зарядов определяется не только статической электронной структурой, но и тем, как вибрируют молекулы, что открывает путь к созданию материалов, использующих вибрации как инструмент
Текст сгенерирован с использованием ИИ
