Nobel z fizyki dla twórców niebieskiej diody
Tegoroczną Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki otrzymali trzej twórcy niebieskiej diody LED - Japończycy Isamu Akasaki i Hiroshi Amano oraz Shuji Nakamura z USA, dzięki którym energooszczędne i trwałe świecące diody zastępują żarówki i świetlówki.
07.10.2014 | aktual.: 07.10.2014 15:33
Nazwiska laureatów ogłoszono we wtorek w Sztokholmie. Zgodnie z decyzją Komitetu Noblowskiego naukowcy podzielą się po równo kwotą 8 mln koron szwedzkich (ok. 3,6 mln zł).
Komitet docenił - jak napisano w uzasadnieniu - wynalezienie przez naukowców "wydajnych diod emitujących światło niebieskie, które pozwoliły na stworzenie jasnych i energooszczędnych źródeł światła białego". "Ich wynalazki były rewolucyjne. Żarówki oświetlały wiek XX; wiek XXI oświetlą diody LED" - napisali członkowie Komitetu Noblowskiego. Ich zdaniem może to poprawić jakość życia 1,5 mld ludzi na świecie bez dostępu do sieci elektrycznej. Dzięki niewielkiemu zapotrzebowaniu na energię niebieskie diody LED mogą być bowiem zasilane tanimi źródłami energii, np. bateriami słonecznymi.
Emitujące światło diody LED bardzo wydajnie zamieniają energię elektryczną na światło. Są dużo trwalsze od żarówek czy świetlówek. W przeciwieństwie do świetlówek, mogą być szybko i często włączane i wyłączane, bez szkody dla trwałości - i nie zawierają trującej rtęci.
Teoretyczne podstawy LED powstały już na początku XX wieku, ale na praktyczne zastosowanie trzeba było poczekać jeszcze dziesięciolecia. Pod koniec lat 50. pojawiły się czerwone diody LED, później opracowano także zielone. Znalazły zastosowanie jako elementy wyświetlaczy w zegarkach i urządzeniach pomiarowych czy lampki sygnalizujące podłączenie do sieci. Jednak przez 30 lat nie udawało się stworzyć diody niebieskiej, niezbędnej do zbudowania lamp LED emitujących białe światło - połączenie barw: czerwonej, zielonej i niebieskiej.
Isamu Akasaki (85 lat) współpracował z Hiroshi Amano (54 lata) na uniwersytecie w Nagoi, natomiast urodzony w Japonii Shuji Nakamura (60 lat) był zatrudniony w małej firmie Nichia Chemicals w Tokushimie na wyspie Shihoku. Wszyscy trzej naukowcy sami budowali konieczną aparaturę i podejmowali ryzyko niezliczonych nieudanych eksperymentów.
Pierwszym sukcesem Akasakiego i Amano było uzyskanie wysokiej jakości kryształów azotku galu na szafirowym podłożu. W kilka lat później wytworzyli w tym materiale warstwy półprzewodnika typu p, a w roku 1992 zbudowali pierwszą niebieska diodę.
Nakamura pracował niezależnie od Akasakiego i Amano, uzyskując podobne wyniki. Wyjaśnił także teoretyczne podstawy procesu technologicznego. Dzięki japońskim naukowcom powstały także niebieskie lasery, pozwalające na zagęszczenie zapisu - Blu-ray zastąpił DVD, a drukarki laserowa dają lepsze wydruki.
Niebieska dioda rozpoczęła fundamentalną zmianę w technice oświetleniowej. Dioda LED zbudowana jest z wielu warstw półprzewodnika. Energia elektryczna jest przekształcana bezpośrednio w strumień cząsteczek światła - fotonów, podczas gdy w lampach wyładowczych - świetlówkach, a zwłaszcza wykorzystujących rozżarzony drucik wolframowy żarówkach - większość energii przekształca się w ciepło.
Niemal czwarta część światowego zużycia energii jest zużywana do celów oświetleniowych. Coraz większa wydajność świetlna białych diod (więcej lumenów z każdego pobranego wata, ostatnio już 300 lumenów na wat) sprawia, że powstają mieszczące się w kieszeni latarki świecące jak samochodowy reflektor halogenowy, a żarówkom oświetlającym cały pokój wystarcza moc kilku - kilkunastu watów.
Wydajność zwykłych żarówek to tylko 16 lumenów na wat, świetlówek - około 70. W przypadku oliwnego kaganka znanego od około 15 000 lat to zaledwie 0,1 lumena na wat.
Żarówka ma trwałość około 1000 godzin, świetlówka wytrzymuje około 10 000, a dioda - nawet 100 000 godzin. Niemal 1,5 miliarda ludzi pozbawionych dostępu do sieci elektrycznej może żyć w lepszych warunkach dzięki "żarówkom" LED, zasilanym na przykład przez baterie słoneczne. Diody ultrafioletowe - pracujące na podobnych zasadach, co niebieskie - mogą być stosowane do sterylizowania wody; są nawet kieszonkowe urządzenia tego rodzaju, zasilane z baterii.
Diodowe światła w samochodach są bardziej odporne na wstrząsy, bardzo rzadko trzeba je wymieniać i włączają się praktycznie bez opóźnienia. Podświetlane LED ekrany urządzeń elektronicznych pozwalają na dłuższą pracę z dala od sieci elektrycznej. Za pomocą diod można podświetlać zmieniającymi się kolorami elewacje budynków, a nawet pokrywać je olbrzymimi ekranami wyświetlającymi zmieniające się obrazy.
