Eine französisch-japanische Zusammenarbeit hat gerade einen organischen Ultraviolett-Laser (UV) entwickelt, der bei einer Rekordwellenlänge von 358,5 Nanometern emittiert, der kürzesten, die jemals für diese Art von Vorrichtung erreicht wurde. Dieses Ergebnis ebnet den Weg für neue Generationen von kompakten, wirtschaftlichen und leicht anpassbaren Lichtquellen für das Ätzen elektronischer Schaltkreise, den hochpräzisen 3D-Druck oder bestimmte medizinische Behandlungen.
Seit etwa dreißig Jahren wecken organische Festkörperlaser (oder OSLs für
Organic Solid-state Lasers) großes Interesse. Im Gegensatz zu klassischen anorganischen Lasern, die teuer und sperrig sind, verwenden diese Vorrichtungen organische Moleküle, die in der Lage sind, intensives Licht zu emittieren, dessen Farbe durch chemisches Design angepasst werden kann. Ihr geringes Gewicht, ihre Flexibilität und ihre niedrigen Produktionskosten machen sie zu idealen Kandidaten für Anwendungen in der elektronischen Lithographie oder für medizinische Behandlungen mit UV-Licht.
Bis jetzt war die Entwicklung effizienter organischer Laser im ultravioletten Bereich (200-400 nm) eine große Herausforderung. Tatsächlich verlieren die meisten organischen Materialien im Festkörperzustand an Lichteffizienz aufgrund eines Phänomens der molekularen Aggregation, das ihre optischen Eigenschaften verschlechtert.
In diesem Zusammenhang haben Teams des Institut des sciences chimiques de Rennes (CNRS/Université de Rennes/ENSCR/INSA Rennes), des Institut parisien de chimie moléculaire (CNRS/Sorbonne Université) und des Laboratoire de physique des lasers (CNRS/Université Sorbonne Paris Nord), verbunden mit einem japanischen Team des Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) der Universität Kyushu, einen originellen Ansatz entwickelt, um die Aggregation von organischen Molekülen, die im UV-Bereich emittieren, im leistungsstarken und stabilen Festkörperzustand zu begrenzen.
Ihre Strategie basiert auf der Positionsisomerie, das heißt der Variation der Position bestimmter chemischer Gruppen innerhalb desselben Moleküls. Durch die Isolierung zweier Isomere einer Familie von emittierenden Molekülen, genannt
Dispirofluoren-Indenofluorene, beobachteten die Wissenschaftler, dass eines der beiden eine signifikant reduzierte intermolekulare Aggregation im Vergleich zu seinem Gegenstück aufwies, was die optische Effizienz des Materials erheblich verbesserte. Sie zeigen auch, dass die spezifische Anordnung der verschiedenen molekularen Gruppen innerhalb des Moleküls die Ursache für dieses Verhalten ist. Durch die anschließende Integration dieses Materials in eine Architektur eines "Lasers mit verteilter Rückkopplung" (DFB) erhielten sie eine Lichtemission bei 358,5 nm, der kürzesten Wellenlänge für einen organischen Laser dieser Art.
Diese Ergebnisse, die patentiert und in
Advanced Functional Materials veröffentlicht wurden, markieren einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur Realisierung leistungsstarker organischer Laser im ultravioletten Bereich und ebnen den Weg für neue hochpräzise technologische und biomedizinische Anwendungen.
Redakteur: CCdM
Quelle: CNRS INC