لقد رصد باحثون في University of Cambridge الإلكترونات تعبر الحدود في المواد الشمسية في غضون 18 فيمتوثانية فقط، مدفوعة بهزات جزيئية. تتحدى هذا الاكتشاف النظريات التقليدية حول نقل الشحنة في أنظمة الطاقة الشمسية. تشير النتائج إلى طرق جديدة لتصميم تقنيات حصاد الضوء أكثر كفاءة.
أجرى علماء في University of Cambridge تجارب كشفت أن الإلكترونات يمكن أن تنتقل عبر المواد الشمسية بسرعات تقترب من الحد الأقصى للعمليات الطبيعية. في اختبارات استمرت 18 فيمتوثانية - ثانية واحدة مقسومة على كوادريليون - راقب الباحثون فصل الشحنة الكهربائية أثناء هزة جزيئية واحدة. حدث هذا الحركة فائقة السرعة في نظام مصمم ليؤدي بشكل سيء وفقاً للقواعد التقليدية، يتضمن مانح بوليمر مجاوراً لمقبل غير فوليريني مع فرق طاقة ضئيل وتفاعل ضعيف. ٢٢ن الدكتور Pratyush Ghosh، زميل بحث في St John's College، كامبريدج وأول مؤلف للدراسة، قال: «لقد صممنا عمداً نظاماً يجب أن لا ينقل الشحنة بهذه السرعة وفقاً للنظرية التقليدية». وأضاف أن الإلكترون ينطلق في انفجار مترابط واحد، مع الهزات تعمل كمنجنيق جزيئي: «الهزات لا ترافق العملية فحسب، بل تدفعها بنشاط». ٢٢ترتبط الملاحظة بهجرة الإلكترونات مع الحركات الذرية، كما شرح غوش: «نحن نراقب فعلياً الإلكترونات تهاجر على نفس ساعة الذرات أنفسهن». أظهرت تجارب الليزر فائق السرعة أن امتصاص الضوء يثير هزات عالية التردد في البوليمر، مما يخلط الحالات الإلكترونية ويدفع الإلكترون باليستياً عبر الواجهة. عند الوصول إلى المقبل، يبدأ هزة مترابطة جديدة، مما يشير إلى سرعة النقل ونظافته. ٢٢نشرت البحوث في Nature Communications في 5 مارس 2026، وتسأل افتراضات أن نقل الشحنة فائق السرعة يتطلب فجوات طاقة كبيرة وربطاً قوياً، اللذين غالباً ما يقللان الكفاءة. قال غوش: «تظهر نتائجنا أن السرعة القصوى لفصل الشحنة لا تحددها الهيكل الإلكتروني الثابت فحسب. بل تعتمد على كيفية هز الجزيئات. وهذا يمنحنا مبدأ تصميم جديداً». ٢٢قال الأستاذ Akshay Rao، من Cavendish Laboratory: «بدلاً من محاولة قمع الحركة الجزيئية، يمكننا الآن تصميم مواد تستخدمها - تحول الهزات من قيد إلى أداة». ٢٢شملت الدراسة شركاء من Cavendish Laboratory في University of Cambridge وقسم كيمياء Yusuf Hamied، بالإضافة إلى فرق في إيطاليا والسويد والولايات المتحدة وبولندا وبلجيكا. هذا الآلية مفتاح للخلايا الشمسية العضوية وكاشفات الضوء والأجهزة الضوئية الكهروكيميائية التي تنتج وقود الهيدروجين النظيف، مشابهاً للعمليات في التمثيل الضوئي الطبيعي.