Laser de plástico finalmente vira realidade

Redação do Site Inovação Tecnológica - 11/06/2019

É a primeira vez que se consegue a emissão laser em diodos de plástico, ou orgânicos. [Imagem: COPER/Kyushu University]

Pesquisadores do Japão demonstraram que um diodo laser baseado em semicondutores orgânicos é de fato possível, abrindo caminho para a expansão dos lasers em aplicações como biossensores, telas, dispositivos médicos e comunicações ópticas.

Atula Sandanayaka e seus colegas da Universidade de Kyushu afirmam ter demonstrado de forma convincente pela primeira vez que os diodos laser de semicondutores orgânicos finalmente viraram realidade - alegações anteriores de geração laser eletricamente induzida usando materiais orgânicos revelaram-se falsas em várias ocasiões, com outros fenômenos sendo confundidos com a emissão laser.

Um passo crítico no laser é a injeção de uma grande quantidade de corrente elétrica nas camadas orgânicas para alcançar uma condição chamada inversão de população. No entanto, a alta resistência à eletricidade de muitos materiais orgânicos torna difícil obter cargas elétricas suficientes nos materiais antes que eles se aqueçam e queimem - os materiais orgânicos são polímeros, ou plásticos.

Além disso, perdas inerentes à maioria dos materiais orgânicos e operação sob altas correntes reduzem a eficiência, elevando ainda mais a corrente necessária.

Emissão laser

Para superar esses obstáculos, Sandanayaka usou um material orgânico emissor de luz altamente eficiente, com uma resistência relativamente baixa à eletricidade e uma baixa quantidade de perdas - o material é conhecido como BSBCz (4,4'-bis[(N-carbazole)stiril]bifenil).

Mas ter encontrado o material certo não foi o suficiente.

Ele precisou também projetar uma estrutura com uma grade de material isolante sobre um dos eletrodos para injetar eletricidade nos filmes finos orgânicos. Essas redes - chamadas estruturas de retroalimentação distribuída - já eram conhecidas como sendo capazes de produzir os efeitos ópticos necessários para o laser.

"Otimizando essas redes, 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 a emissão laser a partir do filme fino orgânico," detalhou o professor Chihaya Adachi.

Esquema e foto do protótipo do laser orgânico. [Imagem: 10.7567/1882-0786/ab1b90]

Diodo laser orgânico

Por muito tempo considerado um "santo graal" na área dos componentes emissores de luz, diodos laser orgânicos usam materiais à base de carbono para emitir luz, em vez dos semicondutores inorgânicos, como arseneto e nitreto de gálio, usados nos dispositivos comerciais.

Os lasers orgânicos são em muitos aspectos semelhantes aos diodos emissores de luz orgânicos (OLEDs), nos quais uma fina camada de moléculas orgânicas emite luz quando a eletricidade é aplicada. Os OLEDs tornaram-se a melhor escolha para as telas dos telefones celulares devido à sua alta eficiência e cores vibrantes, que podem ser facilmente alteradas sintetizando-se novas moléculas orgânicas.

Ocorre que os diodos laser orgânicos produzem uma luz muito mais pura, permitindo aplicações adicionais, mas exigem correntes com magnitudes mais altas do que as usadas nos OLEDs para alcançar a emissão de luz coerente. Essas condições extremas fizeram com que os protótipos construídos até agora pifassem bem antes que o laser pudesse ser observado.

Os pesquisadores estão tão confiantes nos seus novos componentes que fundaram uma empresa para fazer os desenvolvimentos que faltam para criar um produto comercial e lançar os diodos de laser orgânicos no mercado.

Bibliografia:

Indication of current-injection lasing from an organic semiconductor
Atula S. D. Sandanayaka, Toshinori Matsushima, Fatima Bencheikh, Shinobu Terakawa, William J. Potscavage Jr., Chuanjiang Qin, Takashi Fujihara, Kenichi Goushi, Jean-Charles Ribierre, Chihaya Adachi
Applied Physics Express
DOI: 10.7567/1882-0786/ab1b90