Bei einem Material, in dem sich die Ladungsträger eigentlich nur sehr langsam bewegen sollten, offenbarten Experimente einen überraschenden Effekt: Vibrierende Moleküle brachten die Elektronen auf enorme Geschwindigkeiten nahe des physikalisch maximal Möglichen. Das fordert Theorien dazu heraus, wie Lichtabsorption und Ladungstrennung zusammenspielen.

In einigen Materialien bewegen sich Elektronen, wenn sie von Strahlung getroffen werden – auf diesem Prinzip basieren beispielsweise Solarzellen. Die Geschwindigkeit, mit der das passiert, hängt nach konventioneller Theorie davon ab, wie stark verschiedene Bestandteile des Materials miteinander wechselwirken: Eine starke elektronische Kopplung sorgt dafür, dass schnell Strom fließt.

Ein Team der University of Cambridge hat jetzt untersucht, wie Elektronen in einem Material vorankommen, bei dem die Bestandteile nur schwach miteinander wechselwirken. Es bestrahlte die Probe und erwartete, nur langsame Bewegungen zu messen. Tatsächlich aber gab das verwendete Polymer seine Elektronen extrem rasch ab, und zwar auf derselben Zeitskala, auf der die Moleküle vibrieren. Die Ladungsträger gelangten innerhalb von 18 Femtosekunden von einem Bereich zum anderen.

Die Ursache vermuten die Autoren der Studie bei den Vibrationen der Moleküle, die vom Licht ausgelöst werden. Sie würden wie ein molekulares Katapult wirken, das die Elektronen gerichtet über die Materialgrenze schießt. Solch ein Vorgang ist erheblich schneller als die normalerweise stattfindende Diffusion der freigesetzten Ladungsträger.

Eine derart schnelle Ladungstrennung könnte beim Design neuer Halbleitermaterialien helfen. Bislang galten Molekülschwingungen oft als unerwünschter Effekt. Statt sie zu unterdrücken, ließe sich deren beschleunigender Effekt gezielt ausnutzen, hoffen die Forscher.