Peneliti di University of Cambridge mengamati elektron melintasi batas-batas dalam bahan surya hanya dalam 18 femtodetik, didorong oleh getaran molekuler. Penemuan ini menantang teori tradisional tentang transfer muatan dalam sistem energi surya. Temuan tersebut menyarankan cara-cara baru untuk merancang teknologi pemanenan cahaya yang lebih efisien.
Ilmuwan di University of Cambridge melakukan eksperimen yang mengungkapkan bahwa elektron dapat berpindah melintasi bahan surya pada kecepatan mendekati batas proses alamiah. Dalam pengujian yang berlangsung selama 18 femtodetik—satu kuadriliun dari satu detik—peneliti menyaksikan muatan listrik terpisah selama satu getaran molekuler tunggal. Pergerakan ultracepat ini terjadi dalam sistem yang dirancang untuk berkinerja buruk menurut aturan konvensional, yang mencakup donor polimer berdekatan dengan akseptor non-fullerene dengan perbedaan energi minimal dan interaksi lemah. Dr. Pratyush Ghosh, Research Fellow di St John's College, Cambridge dan penulis pertama studi ini, menyatakan: «Kami sengaja merancang sistem yang, menurut teori konvensional, seharusnya tidak mentransfer muatan secepat ini.» Ia menambahkan bahwa elektron meluncur dalam satu ledakan koheren, dengan getaran bertindak seperti ketapel molekuler: «Getaran tidak hanya menyertai proses tersebut, mereka secara aktif mendorongnya.» Pengamatan ini menyelaraskan migrasi elektron dengan gerakan atom, seperti yang dijelaskan Ghosh: «Kami secara efektif menyaksikan elektron bermigrasi pada jam yang sama dengan atom-atom itu sendiri.» Eksperimen laser ultracepat menunjukkan bahwa penyerapan cahaya memicu getaran frekuensi tinggi dalam polimer, mencampur keadaan elektronik dan mendorong elektron secara balistik melintasi antarmuka. Saat mencapai akseptor, itu memulai getaran koheren baru, menandakan kecepatan dan kemurnian transfer. Diterbitkan di Nature Communications pada 5 Maret 2026, penelitian ini mempertanyakan asumsi bahwa transfer muatan ultracepat memerlukan celah energi besar dan kopling kuat, yang sering mengurangi efisiensi. Ghosh menyatakan: «Hasil kami menunjukkan bahwa kecepatan ultimat pemisahan muatan tidak hanya ditentukan oleh struktur elektronik statis. Itu tergantung pada bagaimana molekul bergetar. Itu memberi kami prinsip desain baru.» Professor Akshay Rao, dari Cavendish Laboratory, mengomentari: «Daripada mencoba menekan gerakan molekuler, kami sekarang dapat merancang bahan yang memanfaatkannya—mengubah getaran dari keterbatasan menjadi alat.» Studi ini melibatkan kolaborator dari Cavendish Laboratory University of Cambridge dan Yusuf Hamied Department of Chemistry, serta tim di Italia, Swedia, Amerika Serikat, Polandia, dan Belgia. Mekanisme ini penting untuk sel surya organik, fotodetektor, dan perangkat fotokatalitik yang menghasilkan bahan bakar hidrogen bersih, mencerminkan proses dalam fotosintesis alami.