Täiselektriline orgaaniline laser on esimene – Physics World

Šotimaa St Andrewsi ülikooli teadlased on valmistanud esimese orgaanilise pooljuhtlaseri, mis ei vaja töötamiseks eraldi valgusallikat – see on osutunud äärmiselt keeruliseks. Uus täielikult elektriajamiga laser on varasematest seadmetest kompaktsem ja töötab elektromagnetilise spektri nähtavas piirkonnas. Sellisena väidavad selle arendajad, et see võib leida kasutust sellistes rakendustes nagu sensor ja spektroskoopia.

Laserid põrgatavad valgust mitu korda edasi-tagasi optilises õõnes, mis sisaldab kahe peegli vahele jäävat võimenduskeskkonda. Kuna valgus peegeldub peeglite vahelt edasi-tagasi, võimendab võimenduskeskkond seda, stimuleerides rohkema valguse kiirgamist ja luues koherentse kiire väga kitsa spektrivahemikuga.

Esimene orgaaniline laser – see tähendab süsinikupõhisest materjalist valmistatud laser – loodi 1992. aastal. See laser aga kasutas võimendusmeediumi juhtimiseks eraldi valgusallikat, mis raskendas selle disaini ja piiras selle rakendusi. Sellest ajast peale on teadlased püüdnud leida viisi orgaanilise laseri valmistamiseks, mis töötab selle juhtimiseks ainult elektrivälja abil, kuid edutult. "Seega on see viimase 30 aasta jooksul selles valdkonnas olnud suur väljakutse," selgitab füüsik Samueli jaoks, kes juhtis uut uuringut koos omaga St Andrews kolleeg Graham Turnbull.

Esiteks purustage maailmarekord

Samuel selgitab, et elektriajamiga orgaanilise laseri kujundamiseks on kaks peamist strateegiat. Esimene on asetada elektrilised kontaktid orgaanilisele laservõimenduskandjale ja sisestada nende kaudu laenguid. Laserit on sellisel viisil aga keeruline valmistada, sest sissepritsetud laengud neelavad valgust läbi materjali luminestsentsspektri nn kolmikolekute kaudu. Ka kontaktid ise neelavad valgust. "Kuna laser vajab kadude ületamiseks võimendust (optilist võimendust), on see valguse neeldumine tohutu takistus, " ütleb Samuel.

Uues teoses, mis on üksikasjalikult kirjeldatud loodus, lahendasid teadlased selle probleemi teisel viisil: eraldades ruumiliselt laengud, kolmikud ja kontaktid laservõimenduskandjast. Kuid ka see ei olnud lihtne ülesanne, kuna see tähendas, et võimendusmeediumi juhtimiseks tuli luua maailmarekordilise valgusväljundi intensiivsusega pulsssinine orgaaniline valgusdiood (OLED). Seejärel pidid nad välja mõtlema viisi, kuidas ühendada kogu see OLED-i valgus laseriga, mille nad valmistasid õhukesest pooljuhtpolümeeri kihist, mis kiirgab rohelist valgust.

"Seadme valmistamiseks valmistasime algselt OLED-i ja laseri õõnsuse eraldi, enne kui kandsime OLED-i vaid mõne mikroni paksusel substraadil laserlainejuhi pinnale," ütleb ta. "Kahe sektsiooni hoolikas integreerimine oli ülioluline, et võimenduskeskkond pääseks juurde OLED-i sisemiselt genereeritud intensiivsele elektroluminestsentsile."

Disaini lõpuleviimiseks kasutas meeskond õhukese kilega laseris difraktsioonivõret, et anda kile tasapinnas stimuleeritud valguse emissiooni hajutatud tagasisidet, hajutades samal ajal väljundlaserkiire pinnalt.

Aeglane tehnoloogia kiirendab

Orgaanilisi pooljuhtseadmeid peetakse laialdaselt "aeglaseks" tehnoloogiaks, kuna orgaaniliste materjalide laengu liikuvus on tavaliselt suurusjärgu võrra väiksem kui räni või III-V kristalsete pooljuhtide puhul. Turnbull aga arvab, et meeskonna uuendused võivad hakata seda arusaama muutma. "Meie töö surub need materjalid väga kiireks ja intensiivseks tööskeemiks," räägib ta Füüsika maailm.

Uus pooljuhtlaser annab suure võimsuse ühel sagedusel

Mis puutub rakendustesse, siis teadlaste sõnul oleks uusi täiselektrilisi orgaanilisi pooljuhtlasereid lihtne integreerida meditsiiniseadmetesse, mis kasutavad haiguse diagnoosimiseks või sümptomite jälgimiseks valguspõhist andurit ja spektroskoopiat. "Elektrisõit eemaldab vajaduse nende pumpamiseks eraldi valgusallika järele, mis peaks laiendama potentsiaalseid rakendusi, " ütleb Turnbull.

Uue laseri väljundvõimsuse ja efektiivsuse optimeerimiseks ning valguse väljundi laiendamiseks nähtavale spektrile tuleb aga teha veel tööd. "Järgmine suur väljakutse selles valdkonnas on pidevlaine orgaaniliste pooljuhtlaserite valmistamine, mis vajab täiendavat kontrolli tülika kolmikute populatsiooni üle," järeldab Turnbull.

• SEO-põhise sisu ja PR-levi. Võimenduge juba täna.
• PlatoData.Network Vertikaalne generatiivne Ai. Jõustage ennast. Juurdepääs siia.
• PlatoAiStream. Web3 luure. Täiustatud teadmised. Juurdepääs siia.
• PlatoESG. Süsinik, CleanTech, Energia, Keskkond päikeseenergia, Jäätmekäitluse. Juurdepääs siia.
• PlatoTervis. Biotehnoloogia ja kliiniliste uuringute luureandmed. Juurdepääs siia.
• Allikas: https://physicsworld.com/a/all-electric-organic-laser-is-a-first/