В последние годы исследования органических полупроводников на основе углерода для оптоэлектронных компонентов привели к появлению множества приложений. Среди них светодиоды для энергоэффективных экранов смартфонов и телевизоров с высоким разрешением. Несмотря на быстрый прогресс в этой области, реализация лазера с электрической накачкой из органических материалов остается труднодостижимой. Чтобы приблизиться к этой цели, исследователи из Гейдельберга и Сент-Эндрюса работают над соединением света и вещества в полупроводниковых углеродных нанотрубках — микроскопически маленьких трубчатых структурах из углерода.
Когда фотоны (свет) и экситоны (материя) заставляют обмениваться энергией достаточно быстро, они образуют новые квазичастицы, известные как экситон-поляритоны, которые также излучают свет. При определенных условиях эти излучения могут приобретать свойства лазерного света. Проф. Заумсейл объясняет, что экситон-поляритоны в настоящее время исследуются как новый способ генерации лазерного света из органических материалов, и исследования в этой области значительно расширились.
Группа исследователей вокруг профессора Заумсейла и профессора Гатера ранее показала, что в полупроводниковых углеродных нанотрубках возможно образование экситон-поляритонов. Но они использовали внешний лазер, чтобы стимулировать образование светоизлучающих квазичастиц.
В своих текущих экспериментах исследователи показали, что для генерации этих частиц можно использовать электричество. Для этого они разработали светоизлучающий транзистор с плотным слоем для полупроводниковых углеродных нанотрубок, который был встроен между двумя металлическими зеркалами.
Из-за чрезвычайной стабильности и высокой проводимости, обеспечиваемых углеродными нанотрубками в этом устройстве, плотности тока и, следовательно, плотности поляритонов были на порядки выше любых ранее заявленных значений. Расчеты аспиранта Арко Графа, одного из двух ведущих авторов исследования, показывают, что демонстрация поляритонного лазера с электрической накачкой вполне реальна.
Поскольку излучение этих источников света можно настраивать в широком диапазоне ближнего инфракрасного спектра, эта работа имеет особые перспективы для приложений в телекоммуникациях.