p Desde sua invenção em 1962, os lasers de diodo semicondutor revolucionaram as comunicações e tornaram possível o armazenamento e a recuperação de informações em CDs, DVDs e dispositivos Blu-ray. Esses lasers de diodo usam semicondutores inorgânicos cultivados em sistemas elaborados de alto vácuo. Agora, uma equipe de pesquisadores da Penn State e da Universidade de Princeton deu um grande passo para a criação de um laser de diodo a partir de um material híbrido orgânico-inorgânico que pode ser depositado a partir de uma solução em uma bancada de laboratório. p "Normalmente não é um grande salto transformar um diodo emissor de luz em um laser, "disse Chris Giebink, professor assistente de engenharia elétrica, Estado de Penn. "Basicamente, você apenas adiciona espelhos e torna mais difícil. Depois que os diodos emissores de luz orgânicos foram inventados há 30 anos, todos pensaram que assim que tivéssemos OLEDs relativamente eficientes, que um diodo de laser orgânico viria logo em seguida. "

p Como se viu, lasers de diodo orgânico provaram ser realmente difíceis de fazer.

p Um diodo de laser orgânico pode ter vantagens. Primeiro, porque semicondutores orgânicos são relativamente macios e flexíveis, lasers orgânicos poderiam ser incorporados em novos fatores de forma impossíveis para seus equivalentes inorgânicos. Embora os lasers semicondutores inorgânicos sejam relativamente limitados nos comprimentos de onda, ou cores, de luz que eles emitem, um laser orgânico pode produzir qualquer comprimento de onda que um químico se preocupe em sintetizar no laboratório, adaptando a estrutura das moléculas orgânicas. Essa capacidade de ajuste pode ser muito útil em aplicações que variam de diagnósticos médicos a detecção ambiental.

p Ninguém ainda conseguiu fazer um diodo laser orgânico, mas a chave pode muito bem envolver materiais relacionados - perovskitas orgânicas / inorgânicas - que têm recebido muita atenção na comunidade de pesquisa nos últimos anos. Este material híbrido já foi responsável por um aumento meteórico na eficiência da energia fotovoltaica, Disse Giebink.

p As perovskitas são minerais bastante comuns que compartilham uma estrutura cristalina cúbica semelhante. Paradoxalmente, uma das razões pelas quais esses materiais híbridos de perovskita funcionam tão bem em células solares é que eles são bons emissores de luz. Por essa razão, eles também são interessantes para uso em LEDs e lasers. O material que Giebink e seus colegas estão estudando é composto de uma sub-rede inorgânica de perovskita com moléculas orgânicas relativamente grandes confinadas no meio.

p "O objetivo final é fazer um diodo laser perovskita eletricamente acionado, "disse Giebink." Isso seria uma virada de jogo. É bastante fácil fazer o material de perovskita se soltar por bombeamento óptico, isso é, iluminando outro laser sobre ele. Contudo, isso só funcionou para pulsos muito curtos devido a um fenômeno mal compreendido que chamamos de morte duradoura. Fazer com que funcione continuamente é um passo fundamental em direção a um eventual dispositivo acionado eletricamente. O que descobrimos neste estudo recente é uma peculiaridade curiosa. Podemos evitar a morte duradoura apenas baixando um pouco a temperatura do material para induzir uma transição de fase parcial. "

p Em artigo publicado online hoje (20 de novembro) na revista Nature Photonics , Giebink e colegas relatam o primeiro "Lasing de onda contínua em um semicondutor perovskita de haleto de chumbo orgânico-inorgânico."

p "Quando baixamos a temperatura abaixo da transição de fase, ficamos surpresos ao descobrir que o material inicialmente emitia luz da fase de baixa temperatura, mas então mudou dentro de 100 nanossegundos e começou a durar a partir da fase de alta temperatura - por mais de uma hora, "disse Yufei Jia, um estudante de graduação no laboratório de Giebink e autor principal. "Descobriu-se que, à medida que o material esquentava, embora a maior parte do material tenha permanecido na fase de baixa temperatura, pequenos bolsões da fase de alta temperatura formada, e era daí que vinha o lasing. "

p Em alguns lasers inorgânicos, existem regiões estreitas chamadas poços quânticos, onde os portadores de carga podem ficar presos conforme os elétrons e os buracos caem nos poços. A intensidade do laser depende de quantos portadores de carga podem ser colocados nos poços quânticos. No material perovskite, o arranjo das inclusões de fase de alta temperatura dentro do volume de baixa temperatura parece imitar esses poços quânticos e pode desempenhar um papel na habilitação do laser contínuo.

p "O júri ainda está decidido sobre esta explicação, "Giebink disse." Pode ser algo mais sutil.

p No entanto, esses resultados apontam para uma oportunidade de projetar um material que tenha as qualidades integradas deste arranjo de fase mista, mas sem ter que realmente resfriar o material até baixa temperatura. O artigo atual aponta para algumas idéias de como esses materiais podem ser projetados. O próximo grande passo é mudar do bombeamento óptico com um laser externo para um diodo de laser perovskita que pode ser alimentado diretamente com corrente elétrica.

p "Se pudermos resolver o problema do bombeamento elétrico, lasers de perovskita podem se transformar em uma tecnologia com valor comercial real, "Giebink disse.