Учёные впервые зафиксировали медленное накопление заряда в органических материалах

Японские исследователи из Окинавского института науки и технологий (OIST) разработали новую методику, которая впервые позволила зафиксировать крайне слабые и медленные процессы накопления электрического заряда в органических материалах. Эти процессы, длящиеся от секунд до лет, лежат в основе фоторазложения — явления, из-за которого пластик становится хрупким, а краска выцветает на солнце.

Ранее учёные могли детально изучать лишь быстрые процессы на масштабах от фемтосекунд до миллисекунд. Новый подход, описанный в журнале Science Advances, расширил временной и динамический диапазон измерений. Вместо многократного облучения образца сверхбыстрыми лазерными импульсами образец подвергали длительному возбуждению, а затем в одном эксперименте измеряли отклик на больших временных масштабах.

Различные пути возбуждения электронов в органическом материале. Автор: Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adx9806

Это позволило впервые экспериментально подтвердить теоретические предсказания, в частности, процесс многофотонной ионизации в однокомпонентных материалах. Когда материал поглощает слабый свет, которого недостаточно для прямой ионизации, образуется возбуждённое состояние. Если в течение его жизни поглощается дополнительный фотон, может произойти ионизация с образованием свободных зарядов.

Новая спектроскопическая установка для детектирования крайне слабых долговременных сигналов. Автор: Adrian Skov (OIST)

«Мы успешно обнаружили генерацию носителей заряда как через границу раздела донор-акцептор, так и через многофотонную ионизацию в однокомпонентной системе», — пояснил профессор Рёта Кабэ. Хотя эффективность этих процессов слишком мала для использования в солнечных элементах или OLED-дисплеях, они универсально происходят в органических материалах и, по мнению учёных, могут быть ключом к пониманию механизмов их медленной деградации под действием света.