Forskare från Japan har visat att det verkligen är möjligt att göra en långfärgad laserdiod baserad på organiska halvledare, banar väg för ytterligare expansion av lasrar i applikationer som biosensing, visar, sjukvård och optisk kommunikation.

Långt ansett som en helig gral när det gäller ljusemitterande enheter, organiska laserdioder använder kolbaserade organiska material för att avge ljus istället för de oorganiska halvledarna, såsom galliumarsenid och galliumnitrid, används i traditionella enheter.

Lasrarna liknar på många sätt organiska ljusemitterande dioder (OLED), där ett tunt lager av organiska molekyler avger ljus när elektricitet appliceras. OLED har blivit ett populärt val för smarttelefonskärmar på grund av deras höga effektivitet och livfulla färger, som enkelt kan ändras genom att designa nya organiska molekyler.

Organiska laserdioder ger ett mycket renare ljus vilket möjliggör ytterligare applikationer, men de kräver strömmar som är större än de som används i OLED för att uppnå laserprocessen. Dessa extrema förhållanden orsakade att tidigare studerade enheter gick sönder väl innan lasering kunde observeras.

Ytterligare komplicerade framsteg, tidigare påståenden om elektriskt genererad laser från organiska material visade sig vara falska vid flera tillfällen, med andra fenomen som misstas för lasning på grund av otillräcklig karakterisering.

Men nu, forskare från Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) vid Kyushu University rapporterar i tidskriften Tillämpad fysik Express att de har tillräckligt med data för att på ett övertygande sätt visa att organiska halvledarlaserdioder äntligen har förverkligats.

"Jag tror att många i samhället tvivlade på om vi faktiskt en dag skulle få förverkligandet av en organisk laserdiod, "säger Atula S. D. Sandanayaka, huvudförfattare på tidningen, "men genom att bromsa chippa bort de olika prestandabegränsningarna med förbättrade material och nya enhetstrukturer, till slut gjorde vi det. "

Ett kritiskt steg i lasningen är injicering av en stor mängd elektrisk ström i de organiska skikten för att uppnå ett tillstånd som kallas populationsinversion. Dock, den höga motståndskraften mot elektricitet i många organiska material gör det svårt att få tillräckligt med elektriska laddningar i materialen innan de värms upp och brinner ut.

Dessutom, en mängd förlustprocesser som är inneboende i de flesta organiska material och enheter som arbetar under höga strömmar sänker effektiviteten, trycka upp den nödvändiga strömmen ännu högre.

För att övervinna dessa hinder, forskargruppen som leddes av professor Chihaya Adachi använde ett högeffektivt organiskt ljusemitterande material (BSBCz) med relativt låg motståndskraft mot elektricitet och låg mängd förluster-även när det injicerades med stora mängder el. Men att ha rätt material ensam var inte tillräckligt.

De konstruerade också en enhetsstruktur med ett rutnät av isolerande material ovanpå en av elektroderna som används för att injicera elektricitet i de organiska tunna filmerna. Sådana nät - kallade distribuerade återkopplingsstrukturer - är kända för att producera de optiska effekter som krävs för lasning, men forskarna tog det ett steg längre.

"Genom att optimera dessa rutnät, vi kunde inte bara erhålla de önskade optiska egenskaperna utan också kontrollera elflödet i enheterna och minimera den mängd elektricitet som krävs för att observera lasering från den organiska tunna filmen, säger Adachi.

Forskarna är så säkra på löftet om dessa nya enheter att de grundade startföretaget KOALA Tech Inc. - kort för Kyushu Organic Laser Technology Inc. - den 22 mars, 2019, att påskynda forskningen och övervinna de sista hindren som återstår för att använda de organiska laserdioderna i kommersiella applikationer.

De grundande medlemmarna i KOALA Tech Inc., Prof. Chihaya Adachi, Dr Jean-Charles Ribierre, Dr Fatima Bencheikh, och Dr Takashi Fujihara, arbetar nu hårt med att förbättra prestandan för sina organiska laserdioder för att få denna mest avancerade organiska ljusemitterande teknik till världen.