Ricercatori giapponesi hanno dimostrato che un tipo di diodo laser a lungo sfuggente basato su semiconduttori organici è davvero possibile, aprendo la strada all'ulteriore espansione dei laser in applicazioni come il biosensore, mostra, sanità e comunicazioni ottiche.

A lungo considerato un Santo Graal nell'area dei dispositivi emettitori di luce, i diodi laser organici utilizzano materiali organici a base di carbonio per emettere luce al posto dei semiconduttori inorganici, come l'arseniuro di gallio e il nitruro di gallio, utilizzato nei dispositivi tradizionali.

I laser sono per molti versi simili ai diodi organici a emissione di luce (OLED), in cui un sottile strato di molecole organiche emette luce quando viene applicata l'elettricità. Gli OLED sono diventati una scelta popolare per i display degli smartphone grazie alla loro elevata efficienza e ai colori vivaci, che può essere facilmente modificato progettando nuove molecole organiche.

I diodi laser organici producono una luce molto più pura consentendo applicazioni aggiuntive, ma richiedono correnti di magnitudine superiori a quelle utilizzate negli OLED per ottenere il processo laser. Queste condizioni estreme hanno causato la rottura dei dispositivi precedentemente studiati molto prima che si potesse osservare il laser.

A complicare ulteriormente i progressi, precedenti affermazioni di laser generati elettricamente da materiali organici si sono rivelate false in diverse occasioni, con altri fenomeni che vengono scambiati per laser a causa della caratterizzazione insufficiente.

Ma ora, gli scienziati del Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) dell'Università di Kyushu riferiscono sulla rivista Fisica Applicata Express che hanno dati sufficienti per dimostrare in modo convincente che i diodi laser a semiconduttore organici sono stati finalmente realizzati.

"Penso che molte persone nella comunità stessero dubitando che un giorno avremmo effettivamente visto la realizzazione di un diodo laser organico, "dice Atula S.D. Sandanayaka, autore principale della carta, "ma rallentando l'eliminazione delle varie limitazioni prestazionali con materiali migliorati e nuove strutture dei dispositivi, alla fine ce l'abbiamo fatta".

Un passaggio critico nel laser è l'iniezione di una grande quantità di corrente elettrica negli strati organici per ottenere una condizione chiamata inversione di popolazione. Però, l'elevata resistenza all'elettricità di molti materiali organici rende difficile ottenere abbastanza cariche elettriche nei materiali prima che si riscaldino e si brucino.

Oltre a ciò, una varietà di processi di perdita inerenti alla maggior parte dei materiali organici e dei dispositivi che operano sotto correnti elevate riduce l'efficienza, spingendo la corrente necessaria ancora più in alto.

Per superare questi ostacoli, il gruppo di ricerca guidato dal Prof. Chihaya Adachi ha utilizzato un materiale organico a emissione di luce (BSBCz) altamente efficiente con una resistenza relativamente bassa all'elettricità e una bassa quantità di perdite, anche se iniettato con grandi quantità di elettricità. Ma avere il materiale giusto da solo non era abbastanza.

Hanno anche progettato una struttura del dispositivo con una griglia di materiale isolante sopra uno degli elettrodi utilizzati per iniettare elettricità nei film sottili organici. Tali griglie, chiamate strutture di feedback distribuito, sono note per produrre gli effetti ottici necessari per il laser, ma i ricercatori hanno fatto un ulteriore passo avanti.

"Ottimizzando queste griglie, potremmo non solo ottenere le proprietà ottiche desiderate, ma anche controllare il flusso di elettricità nei dispositivi e ridurre al minimo la quantità di elettricità necessaria per osservare il laser dal film sottile organico, "dice Adachi.

I ricercatori sono così fiduciosi nella promessa di questi nuovi dispositivi che hanno fondato la startup KOALA Tech Inc., abbreviazione di Kyushu Organic Laser Technology Inc., il 22 marzo. 2019, per accelerare la ricerca e superare gli ultimi ostacoli rimasti per l'utilizzo dei diodi laser organici nelle applicazioni commerciali.

I membri fondatori di KOALA Tech Inc., Prof. Chihaya Adachi, Dott. Jean-Charles Ribierre, Dott.ssa Fatima Bencheikh, e il dottor Takashi Fujihara, sono ora al lavoro per migliorare le prestazioni dei loro diodi laser organici per portare questa tecnologia organica di emissione di luce più avanzata al mondo.