Vooruitgang in optische apparaten wordt ondersteund door de ontwikkeling van nieuwe materialen. Microkristallieten van luminescente organische verbindingen kunnen fungeren als kleine laserbronnen voor dergelijke apparaten, bijvoorbeeld, in displays en andere componenten. Dendrimeren bieden tal van voordelen als lichtgevende materialen, maar tot nu toe, ze zijn niet gebruikt als microkristallieten vanwege hun kwetsbaarheid en slechte kristalliniteit. Nutsvoorzieningen, een team van onderzoekers heeft dendrimeren geproduceerd die robuuste kristallen vormen met lasereigenschappen. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in Angewandte Chemie .

Dendrimeren zijn polymeren die uit een kern groeien door toevoeging van kleine moleculen om verlengde takken te vormen, wat hun naam verklaart, afgeleid van het Griekse woord voor boom. Dendrimeren hebben veel voordelen die ze interessante lichtgevende materialen maken. Ze zijn zeer goed oplosbaar, waardoor ze gemakkelijk in systemen kunnen worden geïntegreerd; ze hebben hoge kwantumopbrengsten, wat betekent dat je veel van het licht dat je erin steekt weer terugkrijgt; ze zijn goed in het oogsten van licht, en ze hebben de neiging om relatief laag luminescentieverlies te vertonen wanneer ze worden gecondenseerd tot een vaste stof.

De onderzoekers maakten een familie van dendrimeren - die groter werden naarmate het aantal generaties toenam - bestaande uit carbazool-eenheden die de takken rond een sterk fluorescerende kern vormen. De dendrimeren vormden stabiele eenkristallen, zelfs wanneer het oplosmiddel werd verwijderd, en kon worden geanalyseerd door middel van röntgenanalyse met één kristal. In feite, de derde generatie dendrimeer, met een molecuulgewicht van 4, 600 Da, is het grootste organische dendrimeer dat ooit op deze manier is geanalyseerd.

"Onze dendrimeren hebben twee belangrijke onderdelen, " studie corresponderende auteur professor Yohei Yamamoto legt uit. "De takken zijn gemaakt van aromatische moleculen die fungeren als licht-oogstende antennes, het verzamelen van licht dat bestaat uit golven in veel verschillende vlakken, wat bekend staat als niet-gepolariseerd licht. Dit licht wordt vervolgens overgebracht naar de fluorescerende kern, waarvan de structuur ertoe leidt dat gepolariseerd licht - licht met golven in een enkel vlak - wordt gegenereerd."

Toen de dendrimeerkristallen werden onderworpen aan sterk optisch pompen, het proces dat wordt gebruikt om het signaal in lasermaterialen te versterken, ze produceerden een versterkte spontane emissie en laserstraling met weinig schade aan de structuur van het materiaal of de optische eigenschappen.

"De familie van dendrimeren die we hebben geproduceerd, lost een aantal problemen op die hebben verhinderd dat de eigenschappen van deze materialen werden uitgebuit. We verwachten daarom dat ze een belangrijke bijdrage zullen leveren aan de ontwikkeling van organische materialen voor laseroptiek, " zegt professor Yamamoto. "De robuuste eigenschappen en laseremissie van de kristallen zullen nuttig zijn voor componenten zoals optische full-color displays en micro-optische circuits."