Organische polymeerblend microsferen vertonen ultralage drempellaseractiviteit met de hoogst gerapporteerde kwaliteitsfactor

22 juli 2024

Dit artikel is beoordeeld volgens het redactionele proces en beleid van Science X. Redacteuren hebben de volgende kenmerken benadrukt terwijl ze de geloofwaardigheid van de inhoud waarborgen:

• feiten gecontroleerd
• peer-reviewed publicatie
• betrouwbare bron
• gecontroleerd op typefouten

door Elena Alonso-Redondo, IMDEA Nanociencia

Onderzoekers bij IMDEA Nanociencia hebben hoogwaardige microbolletjes gefabriceerd van geconjugeerde organische polymeermengsels met uitstekende laseigenschappen. De laseremissie van de microbolletjes heeft de hoogste kwaliteitsfactor die tot nu toe is gerapporteerd, Q>18,000.

Dielectrische optische microresonatoren concentreren en geleiden licht in een kleine cirkelvormige baan als gevolg van meerdere bijna totale interne reflecties aan de gebogen dielektrische-luchtkoppeling, waar licht constructief interfereert voor bepaalde golflengten. Deze microresonatoren bieden de mogelijkheid om de controle over lichtconfinement en -voortplanting te bereiken door precieze aanpassing van hun vorm, grootte en brekingsindex.

Onder deze resonatoren zijn sferische resonatoren bijzonder interessant vanwege hun hoge Q-factoren (verhouding van de resonantiefrequentie over de bandbreedte) van de bijbehorende Mie-resonanties, of 'fluisterende galerijmodi'.

De Q-factor is in wezen een maat voor hoe goed licht in de microbolletje kan worden gevangen en hoge Q-factoren komen overeen met smalle laseigenschappen, een gewenste eigenschap bij het ontwerpen van laserapplicaties.

De smalle resonanties maken toepassingen mogelijk in het optische sensingveld, inclusief apparaten met een hoge gevoeligheid voor kleine fysieke of chemische variaties in het optische nabijveld van de resonatoren. Hoewel, hoge Q-factoren banen de weg voor toepassingen op het gebied van versterkt spontane emissie en lasing van microbolletjes gemaakt met luminescente materialen.

Tot nu toe zijn micro-lasers op basis van geconjugeerde polymeren gerapporteerd met typische Q-factoren rond 1.000. Geconjugeerde polymeren zijn opgedoken als uitstekende organische laser materialen vanwege hun uitstekende optoelectrische eigenschappen en eenvoudige verwerkbaarheid.

Onder alle resonerende geometrieën combineren microbolletjes van geconjugeerde polymeren grote optische absorptie met een hoge fotoluminescentie kwantumopbrengst, wat resulteert in een verhoging van de helderheid ten opzichte van commerciële kleurstof-gedoteerde microbolletjes onder dezelfde foto-exciteercondities.

De onderzoekers bij het IMDEA Nanociencia-instituut (Madrid, Spanje), onder leiding van Dr. Reinhold Wannemacher en Dr. Juan Cabanillas, hebben nu microbolletjes gerapporteerd op basis van geconjugeerde polymeermengsels die lasing vertonen met de hoogste kwaliteitsfactor die tot nu toe is gerapporteerd, Q>18,000.

De gerapporteerde lage laseigenschappen zijn gebaseerd op de energieoverdracht (Förster Resonant Energy Transfer, FRET) tussen de polymeercomponenten van de mengsels, een mechanisme dat de restabsorptie bij de lasergolflengte vermindert. Dergelijke lage drempels zijn veelbelovend voor de ontwikkeling van micro-lasers die kunnen worden gepompt door goedkope laserdiodes.

De resultaten zijn gepubliceerd in Advanced Optical Materials.

Samen zorgen lage drempels en smalle laseigenschappen voor ultrasensitieve detectie van variaties van fysieke parameters (pH, temperatuur) en chemische samenstelling van de omgeving van de microbolletjes en, in het geval van microbolletjes met oppervlakken geïnstrueerd door specifieke organische groepen, ultragevoelige en zeer specifieke detectie van biomoleculen.

Dit laatste is uiterst relevant voor de ontwikkeling van draagbare en goedkope biodetectoren, die snelle diagnose van ziekten op zorgpunten mogelijk zouden maken.

Meer informatie: Jorge González Sierra et al, High Q Ultra‐Low Threshold Lasing in Conjugated Polymer Blend Microspheres Promoted by FRET, Advanced Optical Materials (2024). DOI: 10.1002/adom.202400161

Tijdschriftinformatie: Advanced Optical Materials

Geleverd door IMDEA Nanociencia