Un equipo internacional de investigadores dirigido por la Universidad de Kyushu y el Instituto de Química Aplicada de Changchun, Academia china de ciencias, ha demostrado ser estable, láser continuo a temperatura ambiente durante más de una hora a partir de una clase de materiales de bajo costo llamados perovskitas, superando finalmente un fenómeno que hasta ahora ha impedido un funcionamiento tan prolongado.

Se utiliza en todo, desde la fabricación y la investigación hasta las comunicaciones y el entretenimiento debido a su emisión de luz altamente uniforme, Los láseres a menudo se clasifican por el material que convierte la energía de entrada, generalmente luz o electricidad, en luz láser, con materiales comunes, incluidos semiconductores inorgánicos y orgánicos, gases y cristales.

Los desarrollos recientes en perovskitas las han hecho atractivas para los láseres porque pueden fabricarse a partir de una solución a bajo costo para tener colores ajustables y una excelente estabilidad. pero un fenómeno llamado "muerte por láser" hace que el láser en funcionamiento constante a temperatura ambiente se detenga después de unos minutos por razones que no han sido claras.

Ahora, investigadores de la Universidad de Kyushu y del Instituto de Química Aplicada de Changchun informan en la revista Naturaleza que han logrado superar la muerte por láser en perovskitas cuasi-2-D tomando en consideración estados energéticos llamados excitones tripletes.

"La realización de láseres basados ​​en semiconductores orgánicos se ha visto obstaculizada principalmente por las pérdidas causadas por la acumulación de tripletes. Sin embargo, la situación de los trillizos en las perovskitas cuasi-2-D aún no se había considerado completamente, "dice Chuanjiang Qin, profesor del Instituto de Química Aplicada de Changchun, Academia china de ciencias, e investigador principal del estudio.

Si bien la energía en los dispositivos optoelectrónicos a menudo se considera en términos de cargas positivas y negativas, Las cargas opuestas también pueden unirse y formar temporalmente un estado energético llamado excitón antes de liberar su energía. Los excitones se observan con frecuencia en semiconductores orgánicos y, debido a consideraciones de mecánica cuántica, la mayoría de las veces se dividen en dos tipos denominados singlets y tripletes, siendo casi imposible la emisión de luz para los trillizos.

Las perovskitas cuasi-2-D que estudiaron los investigadores son una combinación de sustancias inorgánicas y orgánicas, con regiones de cristales de perovskita que constan de los mismos componentes repetidos en todas direcciones intercalados entre láminas orgánicas. El equipo encontró recientemente evidencia de excitones tripletes con una vida útil prolongada de casi un microsegundo en los materiales. por lo que se centraron en los trillizos como la posible causa de la muerte duradera.

"Los trillizos no emiten luz y tienen una tendencia a interactuar con singletes emisores de luz de una manera que hace que ambos pierdan su energía sin producir luz, "explica Qin". si hay tripletes presentes en perovskitas, probablemente necesitemos sacarlos del camino para que no interfieran con el láser ".

Para hacer esto, los investigadores incorporaron a las perovskitas una capa orgánica que mantiene trillizos en un estado de baja energía. Debido a que los excitones quieren moverse a energías más bajas, los excitones del triplete de larga duración se transfieren desde la parte emisora ​​de luz de la perovskita a las capas orgánicas, reduciendo así las pérdidas y permitiendo que el láser bajo excitación óptica constante continúe sin interrupción. Alternativamente, Los investigadores descubrieron que también podían obtener un láser continuo simplemente poniendo la capa de perovskita en el aire, ya que el oxígeno puede destruir los tripletes. confirmando además que las pérdidas causadas por los trillizos son una posible causa de muerte duradera.

En sus mejores dispositivos con potencia óptica, la intensidad del láser en funcionamiento continuo se mantuvo casi sin cambios después de una hora a temperatura ambiente en aire con una humedad relativa del 55%, y los espectros láser mantuvieron su estrechez sin cambiar.

"Hemos demostrado el papel clave de los trillizos en el proceso de láser de este tipo de perovskitas y la importancia de gestionar los trillizos para lograr un láser continuo, "dice Chihaya Adachi, director del Centro de Investigación en Electrónica y Fotónica Orgánica de la Universidad de Kyushu y líder del equipo de la Universidad de Kyushu. "Estos nuevos hallazgos allanarán el camino para el desarrollo futuro de una nueva clase de láseres operados eléctricamente basados ​​en perovskitas que son de bajo costo y fáciles de fabricar".