Los científicos de materiales y físicos de la Universidad de Heidelberg (Alemania) y la Universidad de St Andrews (Escocia) han demostrado la generación eléctrica de partículas híbridas de materia ligera, los llamados excitones-polaritones, mediante el uso de transistores de efecto de campo con nanotubos de carbono semiconductores integrados en microcavidades ópticas.

La extraordinaria estabilidad de estos transistores permitió el bombeo eléctrico a velocidades sin precedentes, que allana el camino para láseres bombeados eléctricamente con semiconductores basados ​​en carbono y procesados ​​en solución. Como la emisión de estas fuentes de luz se puede sintonizar en una amplia gama del espectro del infrarrojo cercano, este trabajo es particularmente prometedor para aplicaciones en telecomunicaciones.

Estos resultados, publicado en Materiales de la naturaleza , son el resultado más reciente de una fructífera cooperación entre la profesora Dra. Jana Zaumseil (Heidelberg) y el profesor Dr. Malte C. Gather (St. Andrews).

La investigación sobre dispositivos optoelectrónicos que utilizan materiales orgánicos y a base de carbono ha dado lugar a una variedad de aplicaciones novedosas, como diodos emisores de luz orgánicos para eficiencia energética, pantallas y televisores de teléfonos inteligentes brillantes y de alta resolución.

Sin embargo, a pesar del rápido desarrollo en esta área, El láser bombeado eléctricamente a partir de materiales orgánicos sigue siendo difícil de alcanzar. Un desafío importante es generar las altas tasas de bombeo necesarias para el láser. Recientemente, Los llamados láseres de polaritón han recibido mucha atención, ya que proporcionan una forma nueva y potencialmente más eficiente de generar luz similar a la del láser.

En lugar de depender puramente de fotones como en un láser convencional, el láser de polaritón utiliza fotones que están fuertemente acoplados a los estados excitados del material. Esta naturaleza acoplada de los polaritones puede facilitar la generación de luz de tipo láser si se pudieran lograr densidades de corriente suficientemente altas.

Previamente, el mismo equipo demostró que es posible formar polaritones en nanotubos de carbono semiconductores a temperatura ambiente mediante excitación óptica externa. En su último trabajo, los investigadores ahora encontraron una forma de generar polaritones eléctricamente.

Lograr esto, desarrollaron un transistor de efecto de campo emisor de luz basado en nanotubos de carbono que estaba incrustado entre dos espejos de metal muy próximos que actuaban como una microcavidad óptica. En tal dispositivo, el flujo de corriente es perpendicular a la retroalimentación óptica, lo que permite optimizar ambos de forma independiente.

Debido a la extrema estabilidad y alta conductividad que proporcionan los nanotubos de carbono en este dispositivo, Se lograron densidades de corriente en órdenes de magnitud por encima de cualquier valor previamente informado. Cálculos del estudiante de doctorado Arko Graf, uno de los primeros autores del estudio, mostrar que con más mejoras en la arquitectura del dispositivo, El láser de polaritón bombeado eléctricamente estará al alcance de la mano.

El profesor Zaumseil explica:"Además de la generación potencial de luz láser, Estos dispositivos también se pueden usar para sintonizar reversiblemente entre el acoplamiento fuerte y débil de la materia ligera, lo que abre un camino a investigaciones más fundamentales ".

El profesor Gather agregó:"Nuestra curiosidad por comprender qué sucede cuando combinamos nanomateriales personalizados con estructuras fotónicas de alta calidad es realmente lo que impulsa esta colaboración".

El artículo "Bombeo eléctrico y ajuste de excitones-polaritones en microcavidades de nanotubos de carbono" de A. Graf, M. Held, Y. Zakharko, L. Tropf, M.C. Gather y J. Zaumseil se publica en línea en la edición del 17 de julio de 2017 de Materiales de la naturaleza .