Energia solare oltre ogni previsione: gli elettroni attraversano i materiali in un’unica esplosione
Una ricerca rivela un meccanismo sorprendente nei materiali: il movimento degli elettroni osservato dagli scienziati apre interrogativi e nuove possibilità anche per il settore delle rinnovabili.
I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno scoperto un nuovo comportamento degli elettroni. Possono essere spinti nei materiali solari e si ottengono degli effetti che potrebbero influenzare le tecnologie di cattura dell’energia del Sole. Gli elettroni attraversano gli strati a una velocità estrema, al limite massimo consentito dalle leggi della natura, e questo grazie alle vibrazioni delle molecole.
I fenomeni monitorati in laboratorio impiegano circa 18 femtosecondi, ovvero venti quadrilionesimi di secondo. È un intervallo incredibilmente minimo, velocissimo. I ricercatori hanno visto un elettrone riuscire ad attraversare un confine tra materiali in un solo singolo evento e alla velocità indicata.
Pratyush Ghosh è autore principale dello studio e ricercatore presso lo St John’s College di Cambridge, queste le sue affermazioni: “Abbiamo progettato deliberatamente un sistema che, secondo la teoria convenzionale, non avrebbe dovuto trasferire la carica così velocemente. Secondo le regole di progettazione convenzionali, questo sistema avrebbe dovuto essere lento ed è questo che rende il risultato così sorprendente. Invece di vagare in modo casuale, l’elettrone viene lanciato in un’unica esplosione coerente. La vibrazione agisce come una catapulta molecolare. Le vibrazioni non si limitano ad accompagnare il processo, ma lo guidano attivamente“.
Dalle parole di Ghosh e Rao emerge un principio innovativo per l’energia solare: le vibrazioni molecolari agiscono come catapulta, trasformando il trasferimento di carica in uno strumento efficace
Nature Communications è la rivista scientifica che ha pubblicato questa ricerca. I risultati mettono in discussione la convinzione che il trasferimento di carica ultraveloce richiedesse grandi differenze di energia tra materiali e forti interazioni elettroniche. Presente nella scienza dell’energia solare, questa formulazione viene superata ma considerando anche alcune condizioni. Quelle che possono ridurre l’efficienza energetica aumentando le perdite di energia. La velocità di separazione delle cariche dipende dal modo in cui le molecole vibrano, quindi dalle caratteristiche della catapulta molecolare descritta dall’autore.
Il fisico Akshay Rao del Cavendish Laboratory parla di un nuovo principio di progettazione considerando l’applicazione pratica della scoperta: “Invece di cercare di sopprimere il movimento molecolare, ora possiamo progettare materiali che lo sfruttano, trasformando le vibrazioni da una limitazione a uno strumento“.
