Los investigadores vieron una vez un fenómeno sorprendente en los óxidos metálicos inorgánicos presentes dentro de una molécula semiconductora orgánica iluminada en una época relacionada con la ciencia moderna hace un siglo. Dirigido por científicos de la Universidad de Cambridge, el invento revela una forma nueva y eficiente de capturar luz y convertirla en electricidad. Esta búsqueda puede remodelar el futuro de la tecnología solar y la electrónica, con paneles solares más livianos y asequibles construidos a partir de un solo elemento.
Los centros de estudio denominan P3 TTM a un semiconductor biológico de radicales de espín. La parte principal de cada molécula tiene un electrón obsoleto, lo que le confiere un comportamiento magnético y electrónico distinto. El trabajo es el resultado de la cooperación entre el grupo de química sintética de Hugo Brontein, profesor del Departamento de Química Yusuf Hamid, y el equipo de física de semiconductores del profesor de Física Sir Richard Friend. Estos investigadores han diseñado previamente estas familias por sus brillantes luminancias, útiles en LED orgánicos, pero en el nuevo artículo Material Expresando algo inesperado: cuando las moléculas se empaquetan juntas, sus electrones obsoletos interactúan de manera muy parecida a un aislante de motor Hubbard.
“Ésta es la verdadera magia”, afirma Biwin Lee, investigador destacado del Laboratorio Cavendis. “En la mayoría de los materiales orgánicos, los electrones están integrados y no entran en contacto con sus vecinos, pero en nuestro sistema, las moléculas empaquetan la interacción entre los electrones en sitios vecinos, animándolos a alinearse hacia arriba y hacia abajo, para crear una electricidad del comportamiento de Mot-Habbard.
Para probar este efecto, el equipo ha creado una célula solar utilizando una fina película de P3TTM. Cuando se expone a la luz, el dispositivo adquiere casi la habilidad de recoger la carga perfecta, lo que significa que casi cada fotón entrante se convierte en un flujo eléctrico útil. La condición requiere dos ingredientes para las células solares orgánicas: uno para donar un electrón y el otro para recibirlo, y esta interfaz limita las habilidades. En cambio, estas nuevas moléculas realizan todo el proceso de conversión en una sola sustancia. Después de que se absorbe un fotón, un elemento electrónico se mueve naturalmente hacia el mismo tipo de molécula vecina, creando una separación de cargas. La pequeña cantidad de energía necesaria para este proceso, conocida como “U de Hubbard”, presenta el coste electrónico que supone colocar dos electrones en una misma molécula cargada negativamente.
Yusuf Hamid creó una estructura molecular del Dr. Petri Marto Moro, que permitió el equilibrio energético operado por la física de Mot-Habbard necesario para obtener el aislamiento de carga de la molécula. Este avance significa que las células solares se pueden fabricar a partir de un único material ligero y de bajo coste.
El descubrimiento tiene un profundo significado histórico. El autor principal del artículo, el profesor Sir Richard Friend, Sir Neville conoció su carrera al principio de su carrera. Esta búsqueda se conmemora con el 120 aniversario del nacimiento de Mott en el mismo año, rindiendo homenaje al legendario físico respetando debidamente la interacción electrónica en el sistema caótico, que forma la base de la física de las sustancias sintetizadas modernas.
“Parece como si estuvieramos llegando al círculo completo”, dijo el profesor a su amigo. “Las ideas de Mott se basaron en nuestra propia carrera y en nuestra comprensión de los semiconductores. Ahora bien, estas profundas reglas de la mecánica cuántica son realmente especiales para usarlas en una clase completamente nueva de materia orgánica y para cosechar cultivos ligeros”.
“No sólo estamos mejorando los diseños antiguos”, dijo el profesor Brontein. “Estamos escribiendo un nuevo capítulo en el libro de texto, que muestra que los materiales orgánicos son capaces de crear cargas por sí mismos”.
