Certa vez, os pesquisadores viram um fenômeno surpreendente nos óxidos metálicos inorgânicos presentes dentro de uma molécula semicondutora orgânica iluminada em uma época ligada à ciência moderna, há um século. Sob a orientação de cientistas da Universidade de Cambridge, a invenção revela uma maneira nova e eficiente de capturar luz e convertê-la em eletricidade. Esta busca pode remodelar o futuro da tecnologia solar e da eletrônica, painéis solares mais leves e acessíveis construídos a partir de um único elemento.
Os centros de estudo são conhecidos como P3 TTM para um semicondutor biológico spin-radical. A parte principal de cada molécula possui um elétron obsoleto, o que lhe confere um comportamento magnético e eletrônico distinto. O trabalho é resultado da cooperação entre o grupo de química sintética de Hugo Brontein, professor do Departamento de Química Yusuf Hamid e a equipe de física de semicondutores do professor Sir Richard Friend in Physics. Esses pesquisadores já projetaram essas famílias por sua luminosidade brilhante, útil em LEDs orgânicos, mas no novo artigo Material Expressando algo inesperado: quando as moléculas são agrupadas, seus elétrons obsoletos interagem de forma muito semelhante a um isolante motor-hubbard.
“Esta é a verdadeira magia”, disse Biwin Lee, pesquisador líder do Laboratório Cavendis. “Na maioria dos materiais orgânicos, os elétrons são integrados e não entram em contato com seus vizinhos, mas no nosso sistema, quando as moléculas agrupam a interação entre os elétrons em locais vizinhos, encorajando-os a se alinharem para cima e para baixo, para criar uma eletricidade do comportamento de Mot-Habbard.
Para testar este efeito, a equipe criou uma célula solar usando uma película fina de P3TTM. Quando exposto à luz, o dispositivo adquire quase a habilidade de coletar a carga perfeita, o que significa que quase todos os fótons que chegam se transformam em um fluxo elétrico útil. A divisão requer dois ingredientes para as células solares orgânicas – um para doar um elétron e outro para recebê-los – e essa interface limita as habilidades. Em contrapartida, essas novas moléculas realizam todo o processo de conversão em uma única substância. Depois que um fóton é absorvido, um elétron se move naturalmente para o mesmo tipo de molécula vizinha, criando separação de cargas. A pequena quantidade de energia necessária para esse processo, conhecida como “Hubbard U”, apresenta o custo eletrônico de instalação de dois elétrons na mesma molécula carregada negativamente.
Yusuf Hamid criou uma estrutura molecular do Dr. Petri Marto Moro, que permitiu o equilíbrio de energia operado pela física de Mot-Habbard necessário para obter o isolamento de carga da molécula. Este avanço significa que as células solares podem ser fabricadas a partir de um único material leve e de baixo custo.
A descoberta carrega um profundo significado histórico tiássico. Autor sênior do artigo, professor Sir Richard Friend, Sir Neville conheceu sua carreira no início de sua carreira. Essa busca é comemorada como o 120º aniversário do nascimento de Mott no mesmo ano, homenageando o lendário físico respeitando devidamente a interação eletrônica no sistema caótico que forma a base da física das substâncias sintetizadas modernas.
“Parece que estamos chegando a todo o círculo”, disse o professor amigo. “Os insights de Mott foram baseados em nossa própria carreira e em nosso entendimento sobre semicondutores. Agora, essas regras profundas da mecânica quântica são verdadeiramente especiais para usá-las em uma classe totalmente nova de matéria orgânica e para colher colheitas leves.”
“Não estamos apenas melhorando os designs antigos”, disse o professor Brontein. “Estamos escrevendo um novo capítulo no livro, que mostra que os próprios materiais orgânicos são capazes de criar cargas.”
