Pesquisadores do Japão demonstraram que um tipo de diodo laser há muito evasivo baseado em semicondutores orgânicos é de fato possível, pavimentando o caminho para uma maior expansão de lasers em aplicações como biossensor, monitores, saúde e comunicações ópticas.

Há muito considerado um santo graal na área de dispositivos emissores de luz, diodos laser orgânicos usam materiais orgânicos à base de carbono para emitir luz em vez de semicondutores inorgânicos, como arsenieto de gálio e nitreto de gálio, usado em dispositivos tradicionais.

Os lasers são em muitos aspectos semelhantes aos diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs), em que uma fina camada de moléculas orgânicas emite luz quando a eletricidade é aplicada. Os OLEDs se tornaram uma escolha popular para telas de smartphones devido à sua alta eficiência e cores vibrantes, que pode ser facilmente alterado projetando novas moléculas orgânicas.

Os diodos laser orgânicos produzem uma luz muito mais pura, permitindo aplicações adicionais, mas eles requerem correntes com magnitudes maiores do que aquelas usadas em OLEDs para atingir o processo de laser. Essas condições extremas fizeram com que os dispositivos previamente estudados quebrassem bem antes que o laser pudesse ser observado.

Para complicar ainda mais o progresso, alegações anteriores de lasing gerado eletricamente a partir de materiais orgânicos se revelaram falsas em várias ocasiões, com outros fenômenos sendo confundidos com lasing devido à caracterização insuficiente.

Mas agora, cientistas do Centro de Fotônica Orgânica e Pesquisa Eletrônica (OPERA) da Universidade de Kyushu relatam na revista Física Aplicada Express que eles têm dados suficientes para mostrar de forma convincente que os diodos laser de semicondutores orgânicos foram finalmente realizados.

"Eu acho que muitas pessoas na comunidade estavam duvidando se nós realmente veríamos um dia a realização de um diodo laser orgânico, "diz Atula S. D. Sandanayaka, autor principal do artigo, "mas diminuindo o desbaste nas várias limitações de desempenho com materiais aprimorados e novas estruturas de dispositivos, finalmente conseguimos ".

Uma etapa crítica no lasing é a injeção de uma grande quantidade de corrente elétrica nas camadas orgânicas para atingir uma condição chamada inversão populacional. Contudo, a alta resistência à eletricidade de muitos materiais orgânicos torna difícil obter cargas elétricas suficientes nos materiais antes que eles aqueçam e queimem.

Além disso, uma variedade de processos de perda inerentes à maioria dos materiais orgânicos e dispositivos que operam sob altas correntes reduzem a eficiência, empurrando a corrente necessária para cima ainda mais.

Para superar esses obstáculos, o grupo de pesquisa liderado pelo Prof. Chihaya Adachi usou um material orgânico emissor de luz altamente eficiente (BSBCz) com uma resistência relativamente baixa à eletricidade e uma quantidade baixa de perdas - mesmo quando injetado com grandes quantidades de eletricidade. Mas ter o material certo sozinho não era suficiente.

Eles também projetaram uma estrutura de dispositivo com uma grade de material isolante no topo de um dos eletrodos usados ​​para injetar eletricidade nas películas orgânicas finas. Essas grades - chamadas de estruturas de feedback distribuídas - são conhecidas por produzir os efeitos ópticos necessários para o laser, mas os pesquisadores deram um passo adiante.

“Ao otimizar essas grades, pudemos não apenas obter as propriedades ópticas desejadas, mas também controlar o fluxo de eletricidade nos dispositivos e minimizar a quantidade de eletricidade necessária para observar o laser do filme orgânico fino, "diz Adachi.

Os pesquisadores estão tão confiantes na promessa desses novos dispositivos que fundaram a empresa iniciante KOALA Tech Inc. - abreviação de Kyushu Organic Laser Technology Inc. - em 22 de março 2019, acelerar a pesquisa e superar os obstáculos finais restantes para o uso de diodos laser orgânicos em aplicações comerciais.

Os membros fundadores da KOALA Tech Inc., Prof. Chihaya Adachi, Dr. Jean-Charles Ribierre, Dra. Fatima Bencheikh, e Dr. Takashi Fujihara, agora estão trabalhando arduamente para melhorar o desempenho de seus diodos laser orgânicos para trazer esta mais avançada tecnologia de emissão de luz orgânica para o mundo.