Japońskie olśnienie

3278256809_d7dc3df3f1_z

Wczoraj rano Komitet Noblowski nagrodził trzech Japończyków – Isamu Akasakiego, Hiroshi Amano oraz Shuji Nakamurę – Nagrodą Nobla z fizyki za odkrycie niebieskich diod elektroluminescencyjnych, czyli tzw. LEDów.

nobel-fizyka2
Laureaci tegorocznej Nagrody Nobla z fizyki. Od lewej do prawej: Akasaki, Amano oraz Nakamura.

Nagroda ta została przyznana ponad sto lat po odkryciu zjawiska elektroluminescencji, i prawie 90 lat od czasu odkrycia pierwszych diod przez Olega Łosiewa. Diody w praktyce zaczęły być stosowane od wczesnych lat sześćdziesiątych: w elektronice zastosowanie znalazły przede wszystkim diody emitujące promieniowanie podczerwone. Diody produkujące promieniowanie z zakresu widzialnego ograniczone pierwotnie były do koloru czerwonego. Diody żółte oraz fioletowe wynaleziono w 1972 roku. Od początku było jednak jasne, że aby LEDy mogły znaleźć powszechne zastosowanie, stworzyć trzeba ich wersję zdolną do produkcji światła białego. To z kolei było tylko możliwe, gdyby udało się stworzyć najpierw diody niebieskie.

Trochę fizyki

Współczesne diody zbudowane są z materiałów półprzewodnikowych, czyli materiałów o różnej zdolności do przewodzenia prądu. Wiele takich związków posiada zanieczyszczenia atomami innych pierwiastków – te zanieczyszczenia zmieniają balans elektronowy półprzewodnika. Niektóre wprowadzają do niego dodatkowe elektrony – mówimy wówczas o materiałach typu n. W innych zaś domieszane atomy prowadzą do powstania dodatnio naładowanych tzw. dziur elektronowych. Te materiały nazywa się półprzewodnikami typu p.

Diody półprzewodnikowe zbudowane są z dwóch warstw, z materiałów typu p i typu n. Ich interfejs nazywa się natomiast złączem p-n. W normalnych warunkach na granicy pomiędzy materiałami dochodzi do wymiany. Elektrony z materiału typu n wypełniają dziury w materiale typu p, tworząc na złączu p-n tzw. warstwę zubożoną, w której nie ma swobodnych nośników ładunku. Aby pozbyć się warstwy zubożonej, do diody trzeba przyłożyć napięcie – elektrony siedzące w dziurach na złączu p-n są wówczas z tych dziur wyrwane, a przez diodę ponownie zaczyna płynąć prąd.

Skąd jednak bierze się emitowane przez LEDy promieniowanie? Otóż gdy elektron wpada do pozytywnie naładowanej dziury, spada na niższy poziom energetyczny. Różnica energii uwalniana jest w postaci promieniowania elektromagnetycznego. To, jakie jest to promieniowanie: czy z zakresu widzialnego, czy nie, a także jaka dokładnie może być długość fal, zależy już od materiałów, z których zbudowana jest dioda. Te bowiem definiują, jaka jest różnica pomiędzy różnymi poziomami energetycznymi.

Okazało się jednak, że pozyskanie emitujących światło diod produkujących światło niebieskie, nie jest wcale takie łatwo. I tu właśnie przysłużyła się trójka Japończyków. Akasaki i Amano jako pierwsi pozyskali dobrej jakości kryształu azotku galu (GaN). Krótko potem swoją niebieską diodę, także opartą na GaN, rozwijać zaczął Nakamura. Pomysły te panowie rozwijali w latach osiemdziesiątych. W ostatniej dekadzie XX wieku doszli już do tego, że – dzięki swoim niebieskim diodom – udało im się stworzyć wyczekiwany niebieski laser.

Ciemność widzę, widzę ciemność

Emitujące światło diody są elementem dzisiaj wszechobecnym. Dzięki odkryciu LEDów niebieskich możliwe stało się pozyskanie taniego źródła światła białego. LEDy wykorzystywane są niemal wszędzie: w lampach (oczywiście!), które stały się tańsze i bardziej wydajne. We wszelkiego rodzaju elektronice, w samochodowych światłach, w światłach ruchu drogowego, w tablicach informacyjnych, w latarkach, w pilotach od telewizorów, w myszach komputerowych. Przykłady można mnożyć.

Nie powinno zatem być chyba żadnym zaskoczeniem, że jednym z najczęściej powtarzanych komentarzy, które pojawiły się zaraz po ogłoszeniu laureatów tegorocznej nagrody, było to, że Komitet podjął znakomitą decyzję, będącą bardzo w duchu Nagród. I że Nobel, gdyby żył, byłby pełen uznania – w tak dużym stopniu nagroda ta oddaje przesłanie pozostawionego przez Szweda testamentu, w którym zapisał on, że nagrody przyznawane mają być za odkrycia, które służą polepszeniu ludzkości (ang. the greatest benefit to mankind). I trudno nie dostrzec, jak bardzo odkrycie niebieskich diod ludzkości się przysłużyło: chociaż istnieją one dopiero od dwudziestu lat, trudno nie wpadać na nie na każdym kroku. A ich możliwości w innych dziedzinach – telekomunikacji, a nawet medycynie – dopiero zaczynamy dostrzegać.

3 Comments

  1. @Kamil
    kto teraz nie stosuje ledów, wszędzie są, fabrycznie nowe samochody mają już zamontowane więc widać to gołym okiem, że jest to odkrycie jak najbardziej zasługujące na każdego rodzaju nagrody. Jestem ciekaw czy w przyszłości pojawi się coś nowego, coś co w ogóle nie zużyje naszego akumulatora.

    Lubię

  2. Jak najbardziej zasłużona nagroda, tak jak kolega Kamil napisał ledy są teraz wszędzie. W miarę tanie, no i oczywiście nie biorą praktycznie nic prądu. To jest bardzo dobry patent a też szczerze mówiąc bardzo ładnie świecą, takim żywym kolorem. Osobiście sam stosuję lampy ledowe w samochodzie przez dzień i jest to bardzo wygodne dla naszego akumulatora :)

    Lubię

  3. Należy im się. LEDy wykorzystywane są teraz wszędzie i własnie tacy ludzie powinni być nagradzani, bo uznanie należy im się w 100%. Ja jestem wdzięczny za LEDowe telewizory, dzięki którym rachunki mi się zmniejszyły o połowę biorąc pod uwagę, że w domu 3 telewizory działające bardzo często 24h/dobę.

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s