有機(jī)激光二極管從夢(mèng)想變成現(xiàn)實(shí)！來(lái)自日本的研究人員證明，一種基于有機(jī)半導(dǎo)體激光二極管確實(shí)是可能的，這為激光在生物傳感、顯示器、醫(yī)療和光通信等領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)展鋪平了道路。

有機(jī)激光二極管長(zhǎng)期被認(rèn)為是發(fā)光器件領(lǐng)域的圣杯，它使用碳基有機(jī)材料來(lái)發(fā)光，而不是傳統(tǒng)器件中使用的無(wú)機(jī)半導(dǎo)體，如砷化鎵和氮化鎵。這種激光器在許多方面類似于有機(jī)發(fā)光二極管(oled)。

在有機(jī)發(fā)光二極管中，一層薄薄的有機(jī)分子在通電時(shí)發(fā)光。有機(jī)發(fā)光二極管因其高效率和充滿活力的顏色而成為智能手機(jī)顯示屏的熱門選擇，通過(guò)設(shè)計(jì)新的有機(jī)分子很容易改變這種顏色。有機(jī)激光二極管能產(chǎn)生更純凈的光，從而實(shí)現(xiàn)更多應(yīng)用，但它們需要比有機(jī)發(fā)光二極管中使用電流大得多的電流才能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生激光過(guò)程。這些極端條件導(dǎo)致先前研究的器件在激光被觀測(cè)到之前就被破壞了。

更復(fù)雜的進(jìn)展是，先前關(guān)于由有機(jī)材料產(chǎn)生的電致激光的說(shuō)法在很多情況下都被證明是錯(cuò)誤的，由于沒(méi)有充分的表征，其他現(xiàn)象被誤認(rèn)為是激光。但是現(xiàn)在，九州大學(xué)有機(jī)光子學(xué)和電子學(xué)研究中心(OPERA)的科學(xué)家們?cè)凇稇?yīng)用物理學(xué)》上發(fā)表報(bào)告稱，他們有足夠的數(shù)據(jù)令人信服地表明，有機(jī)半導(dǎo)體激光二極管終于實(shí)現(xiàn)了。論文的第一作者Atula S. D. Sandanayaka說(shuō)：我想社區(qū)里的很多人都在懷疑我們是否真的有一天會(huì)看到有機(jī)激光二極管的實(shí)現(xiàn)。

但是通過(guò)減緩對(duì)改進(jìn)材料和新設(shè)備結(jié)構(gòu)的各種性能限制的削減，我們最終做到了。激光激射的一個(gè)關(guān)鍵步驟是向有機(jī)層注入大量電流，以達(dá)到一種稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的條件。然而，許多有機(jī)材料的高電阻使它們很難在加熱和燃燒之前獲得足夠電荷。最重要的是，大多數(shù)有機(jī)材料和設(shè)備在高電流下固有的各種損耗過(guò)程會(huì)降低效率，將必要的電流推得更高。為了克服這些障礙，由Chihaya Adachi教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組使用了一種高效有機(jī)發(fā)光材料(BSBCz)。

這種材料對(duì)電的電阻相對(duì)較低，損耗也很小——即使注入了大量的電。但是僅僅有正確的材料是不夠的。還設(shè)計(jì)了一種設(shè)備結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)電極上有一個(gè)絕緣材料網(wǎng)格，用于將電注入有機(jī)薄膜。這種網(wǎng)格結(jié)構(gòu)被稱為分布式反饋結(jié)構(gòu)，已知可以產(chǎn)生激光發(fā)射所需的光學(xué)效果，但研究人員又向前邁進(jìn)了一步。通過(guò)優(yōu)化這些網(wǎng)格，不僅可以獲得所需的光學(xué)性能，還可以控制設(shè)備中的電流，并將觀察有機(jī)薄膜激光發(fā)射所需的電量降到最低。

研究人員對(duì)這些新設(shè)備的前景充滿信心，為此成立了初創(chuàng)公司，以加速研究，并克服在商業(yè)應(yīng)用中使用有機(jī)激光二極管的最后障礙。公司的創(chuàng)始成員Chihaya Adachi教授，Jean-Charles Ribierre博士，F(xiàn)atima Bencheikh博士和Takashi Fujihara博士，正在努力改進(jìn)他們的有機(jī)激光二極管的性能，致力于將這一最先進(jìn)的有機(jī)發(fā)光技術(shù)推向世界。

博科園｜研究/來(lái)自：九州大學(xué)

參考期刊《應(yīng)用物理學(xué)》

DOI: 10.7567/1882-0786/ab1b90

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