Desde su invención en 1962, los láseres de diodos semiconductores han revolucionado las comunicaciones e hicieron posible el almacenamiento y la recuperación de información en CD, DVD y dispositivos Blu-ray. Estos láseres de diodo utilizan semiconductores inorgánicos desarrollados en sistemas elaborados de alto vacío. Ahora, un equipo de investigadoresde Penn State y la Universidad de Princeton han dado un gran paso hacia la creación de un láser de diodo a partir de un material híbrido orgánico-inorgánico que puede depositarse de la 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. "Esencialmente solo agrega espejos y lo conduce más duro. Una vez que los diodos orgánicos emisores de luzfueron inventados hace 30 años, todos pensaron que tan pronto como tuviéramos OLED relativamente eficientes, pronto seguiría un diodo láser orgánico "
Resultó que los láseres de diodo orgánico resultaron ser realmente difíciles de fabricar.
Un diodo láser orgánico podría tener ventajas. Primero, debido a que los semiconductores orgánicos son relativamente blandos y flexibles, los láseres orgánicos podrían incorporarse en nuevos factores de forma no posibles para sus contrapartes inorgánicas. Mientras que los láseres de semiconductores inorgánicos son relativamente limitados en las longitudes de onda o colores, de la luz que emiten, un láser orgánico puede producir cualquier longitud de onda que un químico quiera sintetizar en el laboratorio al adaptar la estructura de las moléculas orgánicas. Esta capacidad de ajuste podría ser muy útil en aplicaciones que van desde diagnósticos médicos hasta sensores ambientales.
Nadie ha logrado fabricar un diodo láser orgánico, pero la clave puede involucrar materiales relacionados, perovskitas orgánicas / inorgánicas que han recibido mucha atención en la comunidad de investigación en los últimos años. Este material híbrido tieneYa ha sido responsable de un aumento meteórico en la eficiencia de la energía fotovoltaica, dijo Giebink.
Las perovskitas son minerales bastante comunes que comparten una estructura de cristal cúbico 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 esa razón, también son de interés parauso en LEDs y láseres. El material que Giebink y sus colegas están estudiando está compuesto por una sub-red inorgánica de perovskita con moléculas orgánicas relativamente grandes confinadas en el medio.
"El objetivo final es hacer un diodo láser de perovskita impulsado eléctricamente", dijo Giebink. "Eso sería un cambio de juego. Es bastante fácil hacer que el material de perovskita dure por bombeo óptico, es decir, al encender otro láserSin embargo, esto solo ha funcionado para pulsos muy cortos debido a un fenómeno poco conocido que llamamos muerte láser. Hacer que funcione continuamente es un paso clave hacia un eventual dispositivo eléctrico. 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 en la revista Fotónica de la naturaleza , Giebink y sus colegas informan el 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 emitía inicialmente luz de la fase de baja temperatura, pero luego cambió dentro de 100 nanosegundos y comenzó a durar desde la fase de alta temperatura - por más deuna hora ", dijo Yufei Jia, un estudiante graduado en el laboratorio de Giebink y autor principal." Resultó que a medida que el material se calentó, aunque la mayor parte del material permaneció en la fase de baja temperatura, pequeños bolsillos de la fase de alta temperaturaformado, y de ahí venía el láser "
En algunos láseres inorgánicos hay regiones estrechas llamadas pozos cuánticos donde los portadores de carga pueden quedar atrapados a medida que 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.material de perovskita, la disposición de las inclusiones de fase de alta temperatura dentro del volumen de baja temperatura parece imitar estos pozos cuánticos y puede desempeñar un papel en permitir el láser continuo.
"El jurado aún no se ha pronunciado sobre esta explicación", dijo Giebink. "Puede ser algo más sutil".
Sin embargo, estos resultados apuntan hacia la oportunidad de diseñar un material que tenga las cualidades integradas de esta disposición de fase mixta, pero sin tener que enfriar el material a baja temperatura. El documento actual apunta a un par de ideas paracómo podrían diseñarse esos materiales. El siguiente gran paso es pasar del bombeo óptico con un láser externo a un diodo láser de perovskita que puede alimentarse directamente con corriente eléctrica.
"Si podemos resolver el problema del bombeo eléctrico, los láseres de perovskita podrían convertirse en una tecnología con un valor comercial real", dijo Giebink.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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