Láseres flexibles, transparentes y rentables

23.10.2019

Tres estructuras de retroalimentación distribuida (distributed feedback) iluminadas por una lámpara de luz ultravioleta. Imagen: Juan Cabanillas-González.

Una colaboración entre investigadores en IMDEA Nanociencia y la Universidad Nanjing Tech (China) produce láseres flexibles, transparentes y rentables.

El interés por la electrónica y la fotónica plástica se ha incrementado significativamente en las últimas décadas debido a las excepcionales propiedades tanto ópticas, semiconductoras como mecánicas que poseen estos materiales. La electrónica plástica, basada en polímeros conjugados, combina las ventajas de una procesabilidad rentable, compatible con la deposición de material en grandes áreas para el diseño de geometrías láser de prácticamente cualquier forma, algo que no es posible con los rígidos semiconductores inorgánicos. Estos materiales altamente luminiscentes han sido incorporados en una variedad de resonadores, tales como cristales fotónicos o cavidades de retroalimentación distribuida (por sus siglas en inglés, DBF distributed feedback), para permitir el bombeo óptico de láseres de polímeros conjugados con emisión en las longitudes de onda del espectro visible y del infrarrojo cercano.

Una colaboración entre investigadores en IMDEA Nanociencia y la Universidad Nanjing Tech ha producido una serie de nuevos láseres DBF transparentes y fabricados en su totalidad a partir de materiales poliméricos. Los láseres DBF utilizan nanoestructuras periódicas en la escala similar a la longitud de onda de la luz para retrodispersar fotones y así lograr una interferencia constructiva. En este trabajo, las estructuras DBF fueron nanoimpresas en películas termoplásticas (diacetato de celulosa) y cubiertas por polímeros conjugados altamente luminiscentes. De esta forma, los láseres así diseñados presentan una emisión homogénea en los colores azul, verde y rojo. Además, la longitud de onda de emisión se puede ajustar curvando las flexibles cavidades DBF.

Las ventajas de utilizar materiales termoplásticos como el diacetato de celulosa en el sustrato son muchas: es barato, fácil de conseguir, flexible y transparente incluso después de su templado térmico. Además, el diacetato de celulosa es compatible con varios disolventes orgánicos, se obtiene a partir de pasta de madera renovable y es biodegradable. Los investigadores han demostrado la robustez de sus estructuras evaluando el valor umbral de emisión láser al doblarse y curvarse, confirmando que las propiedades ópticas y estructurales de la capa activa del láser no se deterioran.

La estrategia seguida por los investigadores es escalable y versátil. Entre sus aplicaciones, los láseres DBF encuentran su potencial como láseres mecánicamente flexibles en, por ejemplo, dispositivos de laboratorio-en-chip (lab-on-chip) para análisis biomédico, tecnologías de la información y detección de señales.

Este trabajo es una colaboración entre los grupos "Fotofísica y Fotónica Orgánica" dirigido por Juan Cabanillas, "Superficies Funcionales Nanoestructuradas" dirigido por Isabel Rodríguez de IMDEA Nanociencia y el investigador Ruidong Xia de Nanjing Tech University, junto con Daniel Granados y José C. Castro (IMDEA Nanociencia). La investigación ha sido cofinanciada por el Ministerio de Economía, Industria y Competitividad, la Comunidad de Madrid y el Programa de Centros de Excelencia en I+D Severo Ochoa, otorgado a IMDEA Nanociencia.

Palabras clave: plastic electronics, distributed feedback, laser, nanoimprinting, flexible.

Referencia:

R. Castro Smirnov, A. Sousarei et al. NPJ Flexible Electronics 17 (2019).

Este artículo tiene derechos de Acceso Abierto y puede descargarse desde: https://www.nature.com/articles/s41528-019-0062-4

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Dr. Juan Cabanillas-González
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Isabel Rodríguez
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Fuente: IMDEA Nanociencia