Нобеловата награда за физика: синият светодиод, който промени осветлението
Включвате лампата над бюрото и стаята се изпълва с бяла светлина. Зад това обикновено действие стои един необикновено труден проблем: как да се направи малък полупроводников елемент, който излъчва ярка синя светлина. Решаването му отваря пътя към осветление, което използва по-малко електричество за същата светлина.
През 2014 г. Исаму Акасаки, Хироши Амано и Шуджи Накамура получават Нобеловата награда за физика за създаването на ефективни сини светодиоди. Това е пример колко близо до нас може да бъде едно наградено откритие: то свети в домовете ни.
Защо точно синьото се оказва толкова трудно
Червени и зелени светодиоди вече съществуват, но за удобни бели LED източници липсва важна част от решението. Синият фотон носи повече енергия от червения, затова не е достатъчно просто да се смени цветът на познат диод. Нужен е подходящ материал и начин той да бъде изработен с необходимите свойства.
Лауреатите работят с галиев нитрид. Задачата е двойна: да отгледат достатъчно качествен кристал и да създадат в него слоеве, между които електрическият ток може да предизвика излъчване на светлина. Представете си строеж, за който едновременно трябва да разработите здрави тухли и да измислите как те да се свържат.
Един микроскоп подсказва следващата стъпка
Акасаки и Амано забелязват нещо любопитно: материалът свети по-силно след изследване с електронен микроскоп. Електронният лъч променя свойствата на важния слой. Накамура, който работи независимо в компанията Nichia, намира по-практичен подход чрез нагряване. Зад видимия успех стоят различни решения и години експерименти.
В началото на 90-те години се появяват ярки сини диоди, а следващите подобрения ги правят все по-ефективни. Наградата идва през 2014 г., когато значението на тази работа вече се вижда далеч извън лабораторията.
Как синята светлина става бяла
В много бели LED лампи синият диод осветява луминофор: вещество, което поглъща част от синята светлина и излъчва светлина с по-дълги вълни. Смесването им се възприема като бяло. Друг подход съчетава червени, зелени и сини диоди. И в двата случая управлението на светлината започва от свойствата на материала.
Обикновената крушка с нагреваема жичка първо нагрява жичката до висока температура. Светодиодът превръща електрическата енергия в светлина чрез процеси в полупроводника. Той също отделя топлина, но позволява много по-ефективно осветление.
Какво отличава наградата за физика
Присъждана от Кралската шведска академия на науките, наградата отличава приноси към разбирането и използването на физичните явления. Сред тях има открития за Космоса и най-малките частици, но и изобретения с пряко всекидневно приложение. Историята на синия диод ни показва защо фундаменталният въпрос за един кристал може да промени светлината на цял град.
Източници и още за историята
- Официално обявяване на наградата за физика за 2014 г.
- Научнопопулярно обяснение на Кралската шведска академия на науките
Продължете с курса „Нобеловите награди“
Ако тази история ви накара да погледнете лампата си по друг начин, продължете с курса „Нобеловите награди“ в eee.bg. В него откритията са представени в кратки видеа на български, с ясни обяснения, анимации и примери. Можете да следвате физиката по десетилетия и години или да преминете към химията, медицината, литературата, мира и икономическите науки. Не са нужни специални предварителни знания, за да започнете.