29/10/2015 - Una nueva molécula orgánica clave para el desarrollo de una tecnología láser más sostenible

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El láser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, por sus siglas en inglés) tiene una fuerte presencia en nuestra vida cotidiana. Actualmente podemos encontrar láseres en campos muy variados de nuestro día a día, como la medicina, la industria o la investigación científica. Sus propiedades permiten, por ejemplo, nuevos protocolos en cirugía, cortar materiales con alta precisión o grabar y procesar grandes cantidades de información. Es una emisión de luz estimulada, como indica su propio nombre, mediante la cual se producen dos fotones de exactamente la misma energía a partir de un fotón inicial excitado, es decir, con un alto nivel de coherencia, monocromaticidad y flujo de energía. 

Los materiales inorgánicos a partir de los cuales se han desarrollado de forma habitual los láseres tienen un alto coste, tanto a nivel energético como económico. Además, su fabricación trae consigo un fuerte nivel de residuos que repercute de manera directa en el medio ambiente. En este sentido, la ciencia lleva décadas investigando los materiales orgánicos, que permitirían facilitar enormemente la producción. Como indica Juan Casado, investigador de la Universidad de Málaga, esto supondría “una mayor democratización del uso de dispositivos tecnológicos, entre ellos los láseres, ya que dado su bajo precio más personas podrían tener acceso a su utilización”.

Un trabajo de investigación colaborativo, en el que han participado la Universidad de Málaga, la Universidad de Alicante y la Universidad de Tokio, ha demostrado el uso como materiales para láser de moléculas basadas en oligoparafenilenos-vinilenos rigidificados intramolecularmente (denominadas COPVn). Como explica el profesor Casado, estas constan fundamentalmente de carbono e hidrógeno, sin contener ningún otro tipo de átomo pesado, lo que las convertiría en una alternativa ecológica y de mucho menor derroche energético. La estabilidad lograda en los COPVs supone una de las principales aportaciones de este estudio, ya que hará posible la emisión durante largo tiempo sin deteriorarse. En los próximos días Paula Mayorga defenderá una Tesis Doctoral en el Departamento de Química Física de la Universidad de Málaga acerca de dichas moléculas.

Tal y como explica la investigación, “Carbon-bridged oligo(p-phenylenevinylene) for solution procesable, photo-stable and broadly tunable organic solid-state lasers”, publicada en la revista Nature Communications, las claves del diseño para obtener emisión láser con poca energía de excitación y eficiente son la rigidez y planaridad de su estructura, así como la protección estérica de su esqueleto de carbono, que promueve la minimización de otros procesos radiativos interferentes. Además, gracias a su solubilidad en disolventes orgánicos comunes, esta molécula orgánica permitirá el procesado a un nivel de miniaturización nanométrica, o dispositivos altamente densos. La aplicación de dichas moléculas como futuribles láseres orgánicos está en vías de patente.

Otra propiedad importante de estos oligómeros en dispositivos láseres es que posibilitan la modulación del color en prácticamente todo el espectro visible gracias a su tamaño molecular controlado. La emisión de luz monocromática, formada por componentes de un solo color, es una de las características fundamentales del láser. A su vez, el hecho de que los compuestos utilizados sean semiconductores plantea la posibilidad de utilizarlos con vistas al desarrollo de láseres orgánicos excitados eléctricamente, lo que supone uno de los mayores retos en el campo de la electrónica y la fotónica orgánicas. Hasta el momento, la excitación de láseres orgánicos se realiza de forma óptica, ya que el bombeo eléctrico requiere campos eléctricos muy intensos y los materiales orgánicos son frágiles.

Esta investigación cobra especial relevancia teniendo en cuenta que en 2015 se celebra el Año Internacional de la Luz y de las Tecnologías Basadas en la Luz. Así lo decidió la Asamblea General de las Naciones Unidas, tal y como explica en su declaración, “para dar reconocimiento a la importancia de la luz y las tecnologías basadas en la luz para la vida de los ciudadanos del mundo y para el desarrollo futuro de la sociedad”.

Ref.

Marta Morales-Vidal, Pedro G. Boj, José M. Villavilla, José A. Quintana, Qifan Yan, Nai-ti Lin, Xiaozhang Zhu, Nopporn Ruangsupapichat, Juan Casado, Hayato Tsuji, Eiichi Nakamura, María A. Díaz García. "Carbon-bridged oligo(p-phenylenevinylene) for solution processable, photo-stable and broadly tunable organic solid-state lasers", Nature Communications 6, 8458. Disponible en línea: http://dx.doi.org/10.1038/ncomms9458

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Universidad de Málaga

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