Utilizzando una fotocamera ultraveloce, gli scienziati affermano di aver osservato i primissimi istanti successivi all'assorbimento della luce in nanostrutture artificiali ma organiche e di aver scoperto che le cariche non solo si formavano rapidamente ma si separavano anche molto rapidamente su lunghe distanze - fenomeni che si verificano a causa della natura ondulatoria degli elettroni che sono governati da leggi fondamentali della meccanica quantistica.

Questo risultato ha sorpreso gli scienziati poiché si riteneva che tali fenomeni fossero limitati a strutture inorganiche "perfette" - e costose; piuttosto che il morbido, materiale organico flessibile ritenuto da molti la chiave per celle solari "roll-to-roll" che potrebbero essere stampate a temperatura ambiente:un mondo molto diverso dall'elaborazione tradizionale ma costosa delle attuali tecnologie al silicio.

Lo studio, pubblicato oggi sulla rivista Scienza , getta nuova luce sul meccanismo misterioso che consente di separare in modo efficiente le cariche positive e negative - una domanda critica che continua a sconcertare gli scienziati - e avvicina i ricercatori a un passo avanti per imitare efficacemente la capacità altamente efficiente di raccogliere la luce solare e convertirla in energia, vale a dire la fotosintesi, quale il mondo naturale si è evoluto nel corso dei millenni.

"Questo è un risultato molto sorprendente. Tali fenomeni quantistici sono solitamente confinati a cristalli perfetti di semiconduttori inorganici, e non ci si aspetta di vedere tali effetti nelle molecole organiche - che sono molto disordinate e tendono a somigliare a un piatto di spaghetti cotti piuttosto che a un cristallo, " ha affermato il dottor Simon Gélinas, dal Cavendish Laboratory di Cambridge, che ha condotto la ricerca con i colleghi di Cambridge e dell'Università della California a Santa Barbara.

Durante i primi femtosecondi (un milionesimo di miliardesimo di secondo) ogni carica si diffonde su più molecole anziché essere localizzata su una singola. Questo fenomeno, nota come coerenza spaziale, consente a una carica di viaggiare molto rapidamente su diversi nanometri e di sfuggire al suo partner di carica opposta - un passo iniziale che sembra essere la chiave per generare cariche di lunga durata, dicono i ricercatori. Questo può quindi essere utilizzato per generare elettricità o per reazioni chimiche.

Progettando attentamente il modo in cui le molecole si impacchettano insieme, il team ha scoperto che era possibile sintonizzare la coerenza spaziale e amplificare - o ridurre - questa separazione a lungo raggio. "Forse la cosa più importante è che i risultati suggeriscono che, poiché il processo è così veloce, è anche efficiente dal punto di vista energetico, che potrebbe tradursi in più energia fuori dalla cella solare, "ha detto il dottor Akshay Rao, un coautore dello studio del Cavendish Laboratory.

Dottor Alex Chin, che ha guidato la parte teorica del progetto, ha aggiunto che, se guardi oltre le implicazioni dello studio per le celle solari organiche, questa è una chiara dimostrazione di "come fondamentali i processi quantomeccanici, come la coerenza, svolgono un ruolo cruciale nei sistemi organici e biologici disordinati e possono essere sfruttati nelle nuove tecnologie quantistiche".