Investigadores de la Universidad de Cambridge han observado electrones cruzando límites en materiales solares en solo 18 femtosegundos, impulsados por vibraciones moleculares. Este descubrimiento desafía las teorías tradicionales sobre la transferencia de carga en sistemas de energía solar. Los hallazgos sugieren nuevas formas de diseñar tecnologías de captación de luz más eficientes.
Científicos de la Universidad de Cambridge realizaron experimentos que revelan que los electrones pueden transferirse a través de materiales solares a velocidades cercanas al límite de los procesos naturales. En pruebas que duraron 18 femtosegundos —una cuatrillonésima de segundo—, los investigadores observaron cómo la carga eléctrica se separaba durante una sola vibración molecular. Este movimiento ultrarrápido ocurrió en un sistema diseñado para rendir mal según las reglas convencionales, con un donante polimérico adyacente a un aceptor no fullereno con diferencia de energía mínima e interacción débil. nnDr. Pratyush Ghosh, investigador postdoctoral en el St John's College de Cambridge y primer autor del estudio, señaló: «Diseñamos deliberadamente un sistema que, según la teoría convencional, no debería haber transferido la carga tan rápido». Añadió que el electrón se lanza en una ráfaga coherente, con las vibraciones actuando como una catapulta molecular: «Las vibraciones no solo acompañan el proceso, lo impulsan activamente». nnLa observación alinea la migración de los electrones con los movimientos atómicos, como explicó Ghosh: «Estamos observando efectivamente cómo los electrones migran al mismo ritmo que los propios átomos». Experimentos con láseres ultrarrápidos mostraron que la absorción de luz desencadena vibraciones de alta frecuencia en el polímero, mezclando estados electrónicos y propulsando el electrón balísticamente a través de la interfaz. Al llegar al aceptor, inicia una nueva vibración coherente, lo que indica la velocidad y limpieza de la transferencia. nnPublicado en Nature Communications el 5 de marzo de 2026, el estudio cuestiona las suposiciones de que la transferencia de carga ultrarrápida requiere grandes brechas energéticas y un acoplamiento fuerte, que a menudo reducen la eficiencia. Ghosh afirmó: «Nuestros resultados muestran que la velocidad máxima de separación de cargas no está determinada solo por la estructura electrónica estática. Depende de cómo vibran las moléculas. Eso nos da un nuevo principio de diseño». nnEl profesor Akshay Rao, del Laboratorio Cavendish, comentó: «En lugar de intentar suprimir el movimiento molecular, ahora podemos diseñar materiales que lo utilicen, convirtiendo las vibraciones de una limitación en una herramienta». nnEl estudio contó con la colaboración de equipos del Laboratorio Cavendish y del Departamento de Química Yusuf Hamied de la Universidad de Cambridge, así como de grupos en Italia, Suecia, Estados Unidos, Polonia y Bélgica. Este mecanismo es clave para células solares orgánicas, fotodetectores y dispositivos fotocatalíticos que generan combustible de hidrógeno limpio, imitando los procesos de la fotosíntesis natural.