Un equipo de investigación del Instituto de Materiales y Sistemas para la Sostenibilidad (IMaSS) de la Universidad de Nagoya, en el centro de Japón, completó la primera emisión láser de onda continua a temperatura ambiente del mundo de un diodo láser ultravioleta profundo (longitudes de onda hasta la región UV-C). la dirección del premio Nobel 2014 Hiroshi Amano.

Estos hallazgos, que se publicaron en la revista  Applied Physics Letters , marcan un paso importante hacia la adopción generalizada de tecnología con potencial para numerosos usos, como la esterilización y la medicina.

Después de décadas de investigación y desarrollo desde su introducción en la década de 1960, los diodos láser (LD) finalmente se han comercializado con éxito para una variedad de aplicaciones con longitudes de onda que van desde el infrarrojo hasta el azul-violeta. Los ejemplos de esta tecnología incluyen discos de rayos azules que usan LD ultravioleta y dispositivos de comunicaciones ópticas con LD infrarrojos.

Sin embargo, nadie pudo crear LD ultravioleta profundo a pesar de los esfuerzos de los equipos de investigación de todo el mundo. Después de 2007, surgió la tecnología para crear sustratos de nitruro de aluminio (AlN), el material perfecto para cultivar películas de nitruro de galio y aluminio (AlGaN) para dispositivos emisores de luz ultravioleta.

2017 vio el comienzo del desarrollo de un LD ultravioleta profundo por parte del equipo de investigación del profesor Amano en colaboración con Asahi Kasei, el proveedor de sustratos AlN de 2 pulgadas. El desarrollo de diodos láser UV-C se vio obstaculizado inicialmente por la incapacidad de inyectar suficiente corriente en el dispositivo.

Pero en 2019, el equipo de investigación utilizó una técnica de dopaje inducida por polarización para resolver con éxito este problema. Crearon un LD ultravioleta-visible (UV-C) que utiliza breves pulsos de corriente por primera vez.

Aunque estos pulsos de corriente solo necesitaban 5,2 W de potencia de entrada. Debido a la potencia, el diodo se calentaría rápidamente y dejaría de emitir láser, lo que lo haría demasiado alto para el láser de onda continua.

La estructura del dispositivo ahora ha sido alterada por científicos de la Universidad de Nagoya y Asahi Kasei, lo que ha disminuido la potencia de accionamiento requerida para que el láser funcione a solo 1,1 W a temperatura ambiente. Dado que los dispositivos anteriores no podían crear rutas de corriente eficientes debido a los defectos del cristal que ocurrían en la franja láser, se descubrió que necesitaban mucha energía para funcionar.

Sin embargo, los investigadores descubrieron que la fuerte tensión del cristal es lo que causa estos defectos en este estudio. Suprimieron con éxito los defectos, lograron un flujo de corriente efectivo a la región activa del diodo láser y redujeron la potencia operativa a través de una adaptación inteligente de las paredes laterales de la franja láser.

El Centro para la Investigación Integrada de Electrónica del Futuro, Instalaciones de Electrónica Transformativa (C-TEF), una plataforma de colaboración entre la industria y el mundo académico de la Universidad de Nagoya, permitió la creación de la novedosa tecnología de láser UV.

Los C-TEF brindan a los investigadores de Asahi Kasei acceso a instalaciones de vanguardia en el campus de la Universidad de Nagoya, brindándoles las personas y los recursos que necesitan para crear dispositivos confiables y de alta calidad.

Ziyi Zhang, miembro del equipo de investigación, se involucró en el inicio del proyecto cuando aún era estudiante de segundo año en Asahi Kasei.

Quería hacer algo nuevo. En ese entonces, todos asumían que el diodo láser ultravioleta profundo era imposible, pero el profesor Amano me dijo: "Llegamos al láser azul, ahora es el momento del ultravioleta".

Ziyi Zhang, investigadora, Asahi Kasei

Este estudio marca un punto de inflexión en el uso práctico y el avance de los láseres semiconductores en todo el espectro de longitudes de onda. En el futuro, los LD UV-C podrían usarse en procesamiento láser de alta definición, detección de virus, medición de partículas y análisis de gases.

Zhang agregó: “ Su aplicación a la tecnología de esterilización podría ser innovadora. A diferencia de los métodos de esterilización LED actuales, que son ineficientes en el tiempo, los láseres pueden desinfectar grandes áreas en poco tiempo y en largas distancias. ”

Para los cirujanos y enfermeras que necesitan quirófanos estériles y agua del grifo, esta tecnología podría ser increíblemente beneficiosa.

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