Investigadores de Japón han demostrado que un tipo de diodo láser elusivo desde hace mucho tiempo basado en semiconductores orgánicos es realmente posible, allanando el camino para una mayor expansión de los láseres en aplicaciones como biosensores, muestra, comunicaciones sanitarias y ópticas.

Considerado durante mucho tiempo como un santo grial en el área de los dispositivos emisores de luz, Los diodos láser orgánicos utilizan materiales orgánicos a base de carbono para emitir luz en lugar de los semiconductores inorgánicos. como el arseniuro de galio y el nitruro de galio, utilizado en dispositivos tradicionales.

Los láseres son en muchos aspectos similares a los diodos emisores de luz orgánicos (OLED), en el que una fina capa de moléculas orgánicas emite luz cuando se aplica electricidad. Los OLED se han convertido en una opción popular para las pantallas de los teléfonos inteligentes debido a su alta eficiencia y colores vibrantes. que se puede cambiar fácilmente diseñando nuevas moléculas orgánicas.

Los diodos láser orgánicos producen una luz mucho más pura que permite aplicaciones adicionales, pero requieren corrientes de magnitudes superiores a las utilizadas en los OLED para lograr el proceso de láser. Estas condiciones extremas hicieron que los dispositivos previamente estudiados se descompusieran mucho antes de que se pudiera observar el láser.

Complicando aún más el progreso, afirmaciones anteriores de láser generado eléctricamente a partir de materiales orgánicos resultaron ser falsas en varias ocasiones, con otros fenómenos confundidos con láser debido a una caracterización insuficiente.

Pero ahora, Científicos del Centro de Investigación en Electrónica y Fotónica Orgánica (OPERA) de la Universidad de Kyushu informan en la revista Física Aplicada Express que tienen suficientes datos para demostrar de manera convincente que finalmente se han realizado diodos láser semiconductores orgánicos.

"Creo que mucha gente de la comunidad dudaba de si algún día veríamos la realización de un diodo láser orgánico, "dice Atula S. D. Sandanayaka, autor principal del artículo, "pero al ralentizar la reducción de las diversas limitaciones de rendimiento con materiales mejorados y nuevas estructuras de dispositivos, finalmente lo logramos ".

Un paso crítico en el láser es la inyección de una gran cantidad de corriente eléctrica en las capas orgánicas para lograr una condición llamada inversión de población. Sin embargo, La alta resistencia a la electricidad de muchos materiales orgánicos hace que sea difícil obtener suficientes cargas eléctricas en los materiales antes de que se calienten y se quemen.

Además de eso, una variedad de procesos de pérdida inherentes a la mayoría de los materiales orgánicos y dispositivos que operan bajo altas corrientes reduce la eficiencia, empujando la corriente necesaria aún más alto.

Para superar estos obstáculos, el grupo de investigación dirigido por la profesora Chihaya Adachi utilizó un material orgánico emisor de luz (BSBCz) de alta eficiencia con una resistencia relativamente baja a la electricidad y una baja cantidad de pérdidas, incluso cuando se inyecta con grandes cantidades de electricidad. Pero tener el material adecuado por sí solo no fue suficiente.

También diseñaron una estructura de dispositivo con una rejilla de material aislante en la parte superior de uno de los electrodos utilizados para inyectar electricidad en las películas delgadas orgánicas. Se sabe que estas rejillas, llamadas estructuras de retroalimentación distribuida, producen los efectos ópticos necesarios para el láser, pero los investigadores dieron un paso más.

"Al optimizar estas cuadrículas, no solo pudimos obtener las propiedades ópticas deseadas, sino también controlar el flujo de electricidad en los dispositivos y minimizar la cantidad de electricidad requerida para observar el láser de la película delgada orgánica, "dice Adachi.

Los investigadores tienen tanta confianza en la promesa de estos nuevos dispositivos que fundaron la empresa de inicio KOALA Tech Inc., abreviatura de Kyushu Organic Laser Technology Inc., el 22 de marzo. 2019, acelerar la investigación y superar los obstáculos finales que quedan para el uso de diodos láser orgánicos en aplicaciones comerciales.

Los miembros fundadores de KOALA Tech Inc., Prof. Chihaya Adachi, Dr. Jean-Charles Ribierre, Dra. Fatima Bencheikh, y el Dr. Takashi Fujihara, ahora están trabajando arduamente para mejorar el rendimiento de sus diodos láser orgánicos para llevar esta tecnología de emisión de luz orgánica más avanzada al mundo.