成均館大学化学科のキム・テヨン教授率いる研究チームは、延世大学との共同研究で、植物の光合成プロセスと次世代分子半導体デバイスにおいて重要な役割を果たす電荷分離を制御する新しい原理を発見した。この研究は、Nature Communications誌に掲載された。

研究では、ペリレンビスイミド（PBI）と呼ばれる有機半導体分子の高密度に詰め込まれた集合体構造が、周囲の溶媒（液体）の極性を選択的に変化させることで、電荷移動メカニズムが完全に変化することを示した。これは「メカニズム遷移」と呼ばれる現象である。低極性の溶媒では、電荷移動は量子力学的トンネリングによって起こるが、高極性の溶媒では周囲の溶媒分子の集団的振動によって制御される。

研究者たちは、強い光照射下で、光エネルギーが効率的に移動する「エクシトン拡散長」が周囲の溶媒環境によって35.9ナノメートルから98.8ナノメートルまで調整できることを示した。これは、有機半導体においてエネルギーをより効率的に、かつ長距離で損失なく伝達することを可能にする。