Organiske laserdioder bevæger sig fra drøm til virkelighed

Forskere fra Japan har vist, at en langt undvigende slags laserdiode baseret på organiske halvledere faktisk er mulig, baner vejen for den yderligere udvidelse af lasere i applikationer såsom biosensering, viser, sundhedspleje og optisk kommunikation.

Længe betragtet som en hellig gral inden for lysemitterende enheder, organiske laserdioder bruger kulstofbaserede organiske materialer til at udsende lys i stedet for de uorganiske halvledere, såsom galliumarsenid og galliumnitrid, bruges i traditionelle enheder.

Laserne ligner på mange måder organiske lysemitterende dioder (OLED'er), hvor et tyndt lag organiske molekyler udsender lys, når der påføres elektricitet. OLED'er er blevet et populært valg for smartphone -skærme på grund af deres høje effektivitet og levende farver, som let kan ændres ved at designe nye organiske molekyler.

Organiske laserdioder producerer et meget renere lys, der muliggør yderligere applikationer, men de kræver strømme, der er større end dem, der bruges i OLED'er for at opnå laseprocessen. Disse ekstreme forhold fik tidligere studerede enheder til at bryde godt sammen, inden lasning kunne observeres.

Yderligere komplicerer fremskridt, tidligere påstande om elektrisk genereret laser fra organiske materialer viste sig at være falske ved flere lejligheder, med andre fænomener, der forveksles med lasning på grund af utilstrækkelig karakterisering.

Men nu, forskere fra Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) ved Kyushu University rapporterer i tidsskriftet Applied Physics Express at de har nok data til overbevisende at vise, at organiske halvlederlaserdioder endelig er blevet realiseret.

"Jeg tror, ​​at mange mennesker i samfundet tvivlede på, om vi rent faktisk en dag ville se realiseringen af ​​en organisk laserdiode, "siger Atula S. D. Sandanayaka, hovedforfatter på papiret, "men ved at bremse chipping væk på de forskellige ydelsesbegrænsninger med forbedrede materialer og nye enhedstrukturer, vi gjorde det endelig. "

Et kritisk trin i lasingen er indsprøjtning af en stor mængde elektrisk strøm i de organiske lag for at opnå en tilstand kaldet populationsinversion. Imidlertid, den høje modstandsdygtighed over for elektricitet i mange organiske materialer gør det svært at få nok elektriske ladninger i materialerne, før de varmes op og brænder ud.

Oven i købet, en række tabsprocesser, der er forbundet med de fleste organiske materialer og enheder, der opererer under høje strømme, sænker effektiviteten, skubber den nødvendige strøm endnu højere op.

For at overvinde disse forhindringer, forskergruppen ledet af prof. Chihaya Adachi brugte et meget effektivt organisk lysemitterende materiale (BSBCz) med en relativt lav modstandsdygtighed over for elektricitet og et lavt tab-selv når det blev injiceret med store mængder elektricitet. Men at have det rigtige materiale alene var ikke nok.

De designede også en enhedsstruktur med et gitter af isolerende materiale oven på en af ​​elektroderne, der bruges til at injicere elektricitet i de organiske tynde film. Sådanne gitre - kaldet distribuerede feedbackstrukturer - vides at producere de optiske effekter, der kræves til lasning, men forskerne tog det et skridt videre.

"Ved at optimere disse net, vi kunne ikke kun opnå de ønskede optiske egenskaber, men også kontrollere strømmen af ​​elektricitet i enhederne og minimere mængden af ​​elektricitet, der kræves for at observere lasning fra den organiske tynde film, "siger Adachi.

Forskerne er så sikre på løftet om disse nye enheder, at de grundlagde startfirmaet KOALA Tech Inc. - kort for Kyushu Organic Laser Technology Inc. - den 22. marts, 2019, at fremskynde forskningen og overvinde de sidste hindringer for brugen af ​​de organiske laserdioder i kommercielle applikationer.

De stiftende medlemmer af KOALA Tech Inc., Prof. Chihaya Adachi, Dr. Jean-Charles Ribierre, Dr. Fatima Bencheikh, og Dr. Takashi Fujihara, arbejder nu hårdt på at forbedre deres organiske laserdiodes ydeevne for at bringe denne mest avancerede organiske lysemitterende teknologi til verden.