Blu-Ray та лампочка в мобільнику Нобелівку з фізики вручили за створення синього діода

Ісаму Акасакі (Isamu Akasaki), Хіроші Амано (Hiroshi Amano) та Сюдзі Накамура (Shuji Nakamura) хоча більше і не працюють разом, але поділять порівну 8 мільйонів шведських крон (44,36 мільйона рублів). Саме стільки складає грошовий еквівалент Нобелівської премії. Згідно з волею Альфреда Нобеля, премія має присуджуватися за наукові розробки, що мають максимальну цінність для людства.

Користу світлодіодів важко переоцінити: за допомогою цих приладів ми отримуємо яскраве та чисте світло, яке служить нам значно довше, ніж інші джерела. Але, що ще важливіше, на відміну від флуоресцентних ламп, світлодіоди не містять ртуті. Тобто після закінчення терміну служби вони не шкодять природі, навіть якщо потрапляють на звичайні міські звалища.

Будова та принцип роботи світлодіода (ілюстрація Nobel Prize).Саме синє світло справило справжню революцію в технологіях освітлення. До винаходу Акасакі, Амано та Накамури неможливо було отримати чисте біле світло, яке ми бачимо сьогодні всюди. Три десятиліття фізики билися над цією розробкою, але ніхто не досяг успіху до настання 1990-х років.

Однак, коли вчені побачили яскраві сині промені, що випромінювали провідники, вони зрозуміли, що XXI століття буде освітлено світлодіодами (у XX столітті домінували лампи розжарювання). Зазначимо, що колір (довжина хвилі) світла, що випускається повністю залежить від використовуваного матеріалу. Синє світло відноситься до короткохвильового кінця веселки і може бути отримане лише в деяких матеріалах. Саме ці матеріали довгий час залишалися загадкою дляфізиків.

Світловипромінюючі діоди складаються з шарів напівпровідникових матеріалів. Тут електрика перетворюється безпосередньо на частинки світла, фотони, що зумовлює підвищення ефективності витрати енергії проти іншими джерелами світла. У традиційних лампах більшість електроенергії перетворюється на тепло і лише невелика кількість конвертується у світло.

Так, у лампах розжарювання, а також у галогенних лампах електричний струм використовується для нагрівання дротяної нитки, змушуючи її світитися. У люмінесцентних лампах, які до винаходу світлодіодів вважалися найенергетичнішими, генерується газовий розряд, який виробляє і тепло, і світло.

Завдяки своїй унікальній технології світлодіоди вимагають менше енергії для того, щоб випромінювати яскраве світло в порівнянні з колишніми джерелами. Крім того, вони постійно вдосконалюються, стають ефективнішими, підвищується світловий потік (вимірюється в люменах) на одиницю електричної потужності (вимірюється у ватах). Останній зареєстрований рекорд становить трохи більше 300 люменів на ват, що можна порівняти з роботою 16 звичайних ламп і 70 люмінесцентних ламп.

Оскільки близько чверті світового споживання електроенергії використовується для освітлення, високоенергоефективні світлодіоди сприяють економії ресурсів Землі, зазначають члени Нобелівського комітету.

Червоний світлодіод було винайдено наприкінці 1950-х років. Розробка використовувалася в різних цілях, наприклад, в цифровому годиннику і калькуляторах або як індикатори включення і вимкнення приладів. Вже на ранній стадії розвитку технології було очевидно, що світловипромінюючий діод з короткою довжиною хвилі, що складається з високоенергетичних фотонів, тобто синій діод, абсолютно необхіднийстворення білого світла. Але спроби його сконструювати завжди закінчувалися невдачею.

Лауреатами Нобелівської премії з фізики за 2014 рік стали японці Ісаму Акасакі, Хіроші Амано та Сюдзі Накамура (фото Nobel Prize).

Лауреати Нобелівської премії 2014 року також не з першої спроби отримали бажаний результат: тисячі експериментів на власноруч виготовленому устаткуванні спочатку не давали жодних плодів. Перше диво сталося, коли Акасакі, Амано та Накамура вирішили використати нітрид галію. Але і на даному етапі фізики зіткнулися з проблемою: виростити кристали нітриду галію досить високої якості було надто складно, до того ж, неможливим здавалося створення потрібних шарів у цьому матеріалі.

Тим не менше, вчені були впевнені, що вибір матеріалу було зроблено правильно. Був і запасний варіант — селенід цинку — колеги команди майбутніх лауреатів вважали набагато перспективнішим.

Перший високоякісний кристал нітриду галію був створений у 1986 році. В рамках експерименту вчені помістили шар нітриду алюмінію на підкладку сапфірову, після чого кристал був створений поверх цієї конструкції. Через кілька років, наприкінці 1980-х років, Акасакі, Амано і Накамура зробили перший прорив у розробках. У 1992 році команда представила перший світлодіод, що випромінює яскраве синє світло.

З того часу технологія постійно вдосконалювалася. Різні команди дослідників створювали сплави нітриду галію з використанням алюмінію або індія, внаслідок чого світлодіод ставав дедалі ефективнішим, а його структура — дедалі складнішою.

Без технології світлодіодів ми вже не уявляємо сучасний світ (фото Nobel Prize).

Пізніше фізики створили синій лазер, у якому синій світлодіод, розміром з піщинку, є одним із найважливіших компонентів. Незважаючи на дисперсність світла світлодіода, синій лазер випромінює тонкий сфокусований промінь.

Синє світло має дуже коротку довжину хвилі, тому стало можливим зберігання вчетверо більшого обсягу інформації на тій самій площі (порівняно з інфрачервоними технологіями). Це призвело до створення дисків Blu-Ray з більш тривалим часом відтворення, а також до виробництва покращених лазерних принтерів.

---