Pesquisadores da Universidade de Cambridge observaram elétrons atravessando fronteiras em materiais solares em apenas 18 femtosegundos, impulsionados por vibrações moleculares. Esta descoberta desafia teorias tradicionais sobre transferência de carga em sistemas de energia solar. Os achados sugerem novas formas de projetar tecnologias de captação de luz mais eficientes.
Cientistas da Universidade de Cambridge realizaram experimentos que revelam que elétrons podem se transferir através de materiais solares a velocidades próximas do limite dos processos naturais. Em testes com duração de 18 femtosegundos — um quatrilionésimo de segundo —, pesquisadores observaram a separação de carga elétrica durante uma única vibração molecular. Este movimento ultrarrápido ocorreu em um sistema projetado para ter desempenho ruim segundo as regras convencionais, com um doador polimérico adjacente a um aceptor não-fullereno apresentando diferença mínima de energia e interação fraca. Dr. Pratyush Ghosh, Research Fellow no St John's College, Cambridge e primeiro autor do estudo, observou: “Projetamos deliberadamente um sistema que, segundo a teoria convencional, não deveria ter transferido carga tão rápido.” Ele acrescentou que o elétron é lançado em uma única rajada coerente, com vibrações atuando como uma catapulta molecular: “As vibrações não apenas acompanham o processo, elas o impulsionam ativamente.” A observação alinha a migração dos elétrons com os movimentos atômicos, como explicou Ghosh: “Estamos efetivamente observando elétrons migrarem no mesmo relógio que os próprios átomos.” Experimentos com laser ultrarrápido mostraram que a absorção de luz desencadeia vibrações de alta frequência no polímero, misturando estados eletrônicos e impulsionando o elétron balisticamente através da interface. Ao alcançar o aceptor, inicia uma nova vibração coerente, sinalizando a velocidade e a limpeza da transferência. Publicado na Nature Communications em 5 de março de 2026, o estudo questiona suposições de que a transferência de carga ultrarrápida requer grandes lacunas de energia e acoplamento forte, que frequentemente reduzem a eficiência. Ghosh afirmou: “Nossos resultados mostram que a velocidade máxima de separação de carga não é determinada apenas pela estrutura eletrônica estática. Ela depende de como as moléculas vibram. Isso nos dá um novo princípio de design.” O Professor Akshay Rao, do Laboratório Cavendish, comentou: “Em vez de tentar suprimir o movimento molecular, agora podemos projetar materiais que o utilizem — transformando vibrações de uma limitação em uma ferramenta.” O estudo envolveu colaboradores do Laboratório Cavendish e do Departamento de Química Yusuf Hamied da Universidade de Cambridge, além de equipas na Itália, Suécia, Estados Unidos, Polônia e Bélgica. Este mecanismo é fundamental para células solares orgânicas, fotodetectores e dispositivos fotocatalíticos que geram combustível de hidrogênio limpo, espelhando processos na fotossíntese natural.