Plastic lasers stapje dichterbij


Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13

Author:

Reading time: 2 minutes

Onderzoekers van het Imperial College London (ICL) hebben een polymeer ontwikkeld die zowel goed stroom geleidt als efficiënt licht uitzendt. Ze hopen er een elektrisch aangestuurde laser mee te kunnen maken. Dat lukt tot nu toe alleen met anorganische halfgeleiders, vooral samengestelde zoals galliumarsenide.

Polymere geleiders met een relatief hoge geleidbaarheid zijn vrijwel altijd slecht in licht uitzenden. Dat valt te herleiden tot de manier waarop de strengen ten opzichte van elkaar zijn geordend. Door de sterke interactie met elkaar kunnen elektronen makkelijk ’ontsnappen‘ naar een naburige keten. Dat is goed voor de geleiding, maar het ontmoedigt juist het uitzenden van fotonen. Dat gebeurt namelijk wanneer een geëxciteerd elektron terugvalt naar de grondtoestand. Omdat het elektron zich in goed geleidende kunststoffen makkelijk kunnen bewegen, stijgt de kans dat hij zijn energie op een andere manier kwijt kan dan het uitzenden van een lichtpakketje.

Omgekeerd zijn de efficiëntste lichtemitterende (luminescente) kunststoffen in de regel juist de zwakste geleiders. Dat komt omdat de strengen ver van elkaar af liggen en elektronen bij wijze van spreke geen keus hebben – ze moeten wel terugvallen onder uitstraling van licht. In afwezigheid van een polymeer dat én goed geleidt én goed licht uitzendt, is het heel moeilijk een laser van plastic te maken.

Gezien de achterliggende fysische basis lijken luminescentie en goede geleidbaarheid onverenigbaar in een organisch polymeer. Het beste waar de onderzoekswereld tot nu toe mee op de proppen kon komen was het ’verdunnen‘ van een geleidend polymeer in een inerte matrix, waardoor de ketens alsnog wat verder uit elkaar komen te liggen. Dat werkt in de praktijk echter niet zo goed, omdat de gebruikte mengsels de neiging hebben om fase te scheiden, net als olie en water.

De ICL-groep van Donal Bradley wist echter de schijnbare incompatibiliteit te omzeilen. Bradley en collega‘s beschreven in Nature Materials hoe zij in samenwerking met een Japans synthesebedrijf een polymeer construeerde met een ingebakken compromis. De ketens in hun stofje liggen in de regel ver uit elkaar, maar op enkele plekken zitten ze elkaar toch dicht op de huid. De onderzoekers regelden dit door grote zijgroepen aan de keten op enkele plaatsen te vervangen door kleinere. Het resultaat is een geleidbaarheid die zo‘n tweehonderd keer hoger is dan de ongemodificeerde polymeren, terwijl de lichtemissie er niet veel onder hoeft te lijden.

Bradley wil zijn aanpak nu gaan veralgemeniseren door zijn truc ook op andere materialen toe te passen. Hij hoopt daarmee uit te komen op een polymeer dat echt geschikt is om een laser mee te maken – het resultaat van het onlangs gepubliceerde onderzoek is dat nog niet.