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Depuis une trentaine d'années, les lasers organiques à l'état solide (ou OSLs pour Organic Solid-state Lasers) suscitent un fort intérêt. Contrairement aux lasers inorganiques classiques, coûteux et encombrants, ces dispositifs utilisent des molécules organiques capables d'émettre une lumière intense dont la couleur peut être ajustée par conception chimique. Leur légèreté, leur flexibilité et leur faible coût de production en font des candidats de choix pour des applications en lithographie électronique ou pour des traitements médicaux par lumière UV.
Jusqu'à maintenant, concevoir des lasers organiques efficaces dans le domaine ultraviolet (200-400 nm) restait un défi majeur. En effet, à l'état solide, la plupart des matériaux organiques perdent en efficacité lumineuse à cause d'un phénomène d'agrégation moléculaire qui dégrade leurs propriétés optiques.
Dans ce contexte, des équipes de l'Institut des sciences chimiques de rennes (CNRS/Université de Rennes/ENSCR/INSA Rennes), de l'Institut parisien de chimie moléculaire (CNRS/Sorbonne Université) et du Laboratoire de physique des lasers (CNRS/Université Sorbonne Paris Nord), associées à une équipe japonaise du Center for Organic Photonics and Electronics Research (OPERA) de l'Université de Kyushu, ont développé une approche originale pour limiter l'agrégation de molécules organiques émettrices dans l'UV, performantes et stables à l'état solide.
Leur stratégie repose sur l'isomérie de position, c'est-à-dire la variation de la position de certains groupes chimiques au sein d'une même molécule. En isolant deux isomères d'une famille de molécules émettrices appelés dispirofluorène-indénofluorènes, les scientifiques ont observé que l'un des deux présentait une agrégation intermoléculaire significativement réduite par rapport à son homologue, améliorant considérablement l'efficacité optique du matériau. Ils montrent également que l'arrangement spécifique des différents groupements moléculaires au sein de la molécule est à l'origine de ce comportement. En intégrant ensuite ce matériau dans une architecture de "laser à rétroaction distribuée" (DFB), ils ont obtenu une émission lumineuse à 358,5 nm, la longueur d'onde la plus courte pour un laser organique de ce type.
Ces résultats, brevetés et publiés dans Advanced Functional Materials, marquent une étape importante vers la réalisation de lasers organiques performants dans le domaine ultraviolet, ouvrant la voie à de nouvelles applications technologiques de haute précision et biomédicales.
Rédacteur: CCdM