Desde su invención en 1962, Los láseres de diodos semiconductores han revolucionado las comunicaciones y han hecho posible el almacenamiento y la recuperación de información en CD, DVD y dispositivos Blu-ray. Estos láseres de diodo utilizan semiconductores inorgánicos desarrollados en elaborados sistemas de alto vacío. Ahora, un equipo de investigadores de Penn State y la Universidad de Princeton ha dado un gran paso hacia la creación de un láser de diodo a partir de un material híbrido orgánico-inorgánico que se puede depositar a partir de una solución en una mesa de laboratorio.

"Por lo general, no es un gran salto convertir un diodo emisor de luz en un láser, "dijo Chris Giebink, profesor asistente de ingeniería eléctrica, Penn State. "Básicamente, solo agrega espejos y lo conduce con más fuerza. Una vez que se inventaron los diodos emisores de luz orgánicos hace 30 años, todos pensaron que tan pronto como tuviéramos OLED relativamente eficientes, que pronto seguiría un diodo láser orgánico ".

Como se vio despues, Los láseres de diodo orgánico demostraron ser muy difíciles de fabricar.

Un diodo láser orgánico podría tener ventajas. Primero, porque los semiconductores orgánicos son relativamente blandos y flexibles, Los láseres orgánicos podrían incorporarse en nuevos factores de forma que no son posibles para sus homólogos inorgánicos. Si bien los láseres semiconductores inorgánicos son relativamente limitados en las longitudes de onda, o colores, de luz que emiten, un láser orgánico puede producir cualquier longitud de onda que un químico desee sintetizar en el laboratorio adaptando la estructura de las moléculas orgánicas. Esta capacidad de sintonización podría ser muy útil en aplicaciones que van desde el diagnóstico médico hasta la detección ambiental.

Nadie ha logrado fabricar un diodo láser orgánico. pero la clave bien puede involucrar materiales relacionados —perovskitas orgánicas / inorgánicas— que han recibido mucha atención en la comunidad investigadora durante los últimos años. Este material híbrido ya ha sido responsable de un ascenso meteórico en la eficiencia de la fotovoltaica, Dijo Giebink.

Las perovskitas son minerales bastante comunes que comparten una estructura cristalina cúbica similar. Algo paradójicamente, Una de las razones por las que estos materiales híbridos de perovskita funcionan tan bien en las células solares es que son buenos emisores de luz. Por esta razón, también son de interés para su uso en LED y láseres. El material que están estudiando Giebink y sus colegas está compuesto por una subred inorgánica de perovskita con moléculas orgánicas relativamente grandes confinadas en el medio.

"El objetivo final es hacer un diodo láser de perovskita accionado eléctricamente, ", dijo Giebink." Eso cambiaría las reglas del juego. Es bastante fácil hacer que el material de perovskita lase mediante bombeo óptico, es decir, iluminando con otro láser. Sin embargo, esto solo ha funcionado para pulsos muy cortos debido a un fenómeno poco entendido que llamamos muerte láser. Hacer que funcione continuamente es un paso clave hacia un eventual dispositivo accionado eléctricamente. Lo que encontramos en este estudio reciente es una peculiaridad curiosa. Podemos evitar la muerte por láser por completo simplemente bajando un poco la temperatura del material para inducir una transición de fase parcial ".

En un artículo publicado en línea hoy (20 de noviembre) en la revista Fotónica de la naturaleza , Giebink y sus colegas informan del primer "láser de onda continua en un semiconductor de perovskita de haluro de plomo orgánico-inorgánico".

"Cuando bajamos la temperatura por debajo de la transición de fase, nos sorprendió descubrir que el material inicialmente emitía luz de la fase de baja temperatura, pero luego cambió en 100 nanosegundos y comenzó a transmitir desde la fase de alta temperatura, durante más de una hora, "dijo Yufei Jia, estudiante de posgrado en el laboratorio de Giebink y autor principal. "Resultó que a medida que el material se calentaba, aunque la mayor parte del material permaneció en la fase de baja temperatura, pequeños bolsillos de la fase de alta temperatura formados, y de ahí venía el láser ".

En algunos láseres inorgánicos hay regiones estrechas llamadas pozos cuánticos donde los portadores de carga pueden quedar atrapados cuando los electrones y los agujeros caen en los pozos. La intensidad del láser depende de cuántos portadores de carga se puedan empaquetar en los pozos cuánticos. En el material de perovskita, la disposición de las inclusiones de fase de alta temperatura dentro de la masa de baja temperatura parece imitar estos pozos cuánticos y puede desempeñar un papel en la habilitación del láser continuo.

"El jurado aún está deliberando sobre esta explicación, ", Dijo Giebink." Puede ser algo más sutil ".

Sin embargo, Estos resultados apuntan hacia una oportunidad para diseñar un material que tenga las cualidades integradas de esta disposición de fase mixta, pero sin tener que enfriar realmente el material a baja temperatura. El documento actual señala un par de ideas sobre cómo se podrían diseñar esos materiales. El siguiente gran paso es cambiar del bombeo óptico con un láser externo a un diodo láser de perovskita que se puede alimentar directamente con corriente eléctrica.

"Si podemos resolver el problema del bombeo eléctrico, Los láseres de perovskita podrían convertirse en una tecnología con valor comercial real, "Dijo Giebink.