Blu-Ray и лампочка в мобильнике: Нобелевку по физике вручили за создание синего диода

Каждый современный смартфон, каждый автомобиль, светофор, новогодняя гирлянда и каждая энергосберегающая лампочка оснащены яркими "фонариками" — светодиодами. Этот проводниковый прибор был изобретён ещё в 1920-х годах и впервые сконструирован в 1960-х, а сегодня мы уже не можем представить себе мир без LED.
Синий светодиод произвёл настоящую технологическую революцию (фото Wikimedia Commons).

Чтобы получить привычный белый свет, необходима комбинация красного, зелёного и синего светодиодов. Но если первые два были разработаны в 1960-х годах и применяются относительно давно, то с синим светом возникли проблемы. Впервые синий светодиод создала команда японских физиков в 1990-х годах. 7 октября 2014 года им за это достижение присудили Нобелевскую премию по физике.

Исаму Акасаки (Isamu Akasaki), Хироши Амано (Hiroshi Amano) и Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura) хотя больше и не работают вместе, но поделят поровну 8 миллионов шведских крон (44,36 миллионов рублей). Именно столько составляет денежный эквивалент Нобелевской премии.
Согласно воле Альфреда Нобеля, премия должна присуждаться за научные разработки, имеющие максимальную ценность для человечества.

Пользу светодиодов трудно переоценить: с помощью этих приборов мы получаем яркий и чистый свет, который служит нам значительно дольше, чем другие источники. Но, что ещё важнее, в отличие от флуоресцентных ламп, светодиоды не содержат ртуть. То есть после окончания срока службы, они не вредят природе, даже если попадают на обыкновенные городские свалки.
Строение и принцип работы светодиода (иллюстрация Nobel Prize).

Именно синий свет произвёл настоящую революцию в технологиях освещения. До изобретения Акасаки, Амано и Накамуры невозможно было получить чистый белый свет, который мы видим сегодня повсюду. Три десятилетия физики бились над этой разработкой, но никто не достиг успеха до наступления 1990-х годов.

Однако, когда учёные увидели яркие синие лучи, испускаемые проводниками, они поняли, что XXI век будет освещён светодиодами (в XX веке доминировали лампы накаливания). Отметим, что цвет (длина волны) испускаемого света полностью зависит от используемого материала. Синий свет относится к коротковолновому концу радуги и может быть получен только в некоторых материалах. Именно эти материалы долгое время оставались загадкой для физиков.

Светоизлучающие диоды состоят из слоёв полупроводниковых материалов. Здесь электричество преобразуется непосредственно в частицы света, фотоны, что приводит к повышению эффективности расхода энергии по сравнению с другими источниками света. В традиционных лампах большая часть электроэнергии преобразуется в тепло и только небольшое количество конвертируется в свет.

Так, в лампах накаливания, а также в галогенных лампах электрический ток используется для нагрева проволочной нити, заставляя её светиться. В люминесцентных лампах, которые до изобретения светодиодов считались самыми энергетически эффективными, генерируется газовый разряд, который производит и тепло, и свет.

Благодаря своей уникальной технологии, светодиоды требуют меньше энергии для того, чтобы излучать яркий свет по сравнению с прежними источниками. Кроме того, они постоянно совершенствуются, становятся более эффективными, повышается световой поток (измеряется в люменах) на единицу электрической мощности (измеряется в ваттах). Последний зарегистрированный рекорд составляет чуть более 300 люмен на ватт, что можно сравнить с работой 16 обычных ламп и 70 люминесцентных ламп.

Поскольку около четверти мирового потребления электроэнергии используется для освещения, высоко энергоэффективные светодиоды способствуют экономии ресурсов Земли, отмечают члены Нобелевского комитета.

Светодиоды также имеют более долгий срок службы по сравнению с аналогами. Лампы накаливания обычно работают по 1000 часов, после чего тепло разрушает нить, а люминесцентные лампы, как правило, работают около 10 тысяч часов. Светодиоды же могут работать до 100 тысяч часов, благодаря чему снижается материалоёмкость разработки.
Эволюция источников света (иллюстрация Nobel Prize).

Технология LED берёт начало в той же области инженерии, которая подарила нам мобильные телефоны, компьютеры и всё современное электронное оборудование, функционирующее на основе квантовых явлений.

Первый отчёт о свете, излучаемом полупроводником, был опубликован в 1907 году Генри Раундом (Henry J. Round), британским физиком, который сотрудничал с лауреатом Нобелевской премии Гульельмо Маркони. Позднее Олег Владимирович Лосев, советский физик и изобретатель, провёл более точные исследования светового излучения. Но тогда данных было недостаточно для полноценного понимания исследуемого феномена. На описание электролюминесценции ушло не одно десятилетие.

Красный светодиод был изобретен в конце 1950-х годов. Разработка использовалась в различных целях, к примеру, в цифровых часах и калькуляторах или в качестве индикаторов включения и выключения у приборов. Уже на ранней стадии развития технологии было очевидно, что светоизлучающий диод с короткой длиной волны, состоящей из высокоэнергетических фотонов, то есть синий диод, совершенно необходим для создания белого света. Но попытки его сконструировать всегда заканчивались неудачей.
Лауреатами Нобелевской премии по физике за 2014 год стали японцы Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура (фото Nobel Prize).

Лауреаты Нобелевской премии 2014 года также не с первой попытки получили желаемый результат: тысячи экспериментов на собственноручно изготовленном оборудовании поначалу не приносили никаких плодов. Первое чудо произошло, когда Акасаки, Амано и Накамура решили использовать нитрид галлия. Но и на данном этапе физики столкнулись с проблемой: вырастить кристаллы нитрида галлия достаточно высокого качества было слишком сложно, к тому же, невозможным казалось создание нужных слоёв в этом материале.

Тем не менее, учёные были уверены, что выбор материала был сделан правильно. Был и запасной вариант — селенид цинка — который коллеги команды будущих лауреатов считали гораздо более перспективным.

Первый высококачественный кристалл нитрида галлия был создан в 1986 году. В рамках эксперимента учёные поместили слой нитрида алюминия на сапфировую подложку, после чего кристалл был создан поверх этой конструкции. Несколько лет спустя, в конце 1980-х годов, Акасаки, Амано и Накамура совершили первый прорыв в разработках. В 1992 году команда представила первый светодиод, излучающий яркий синий свет.

С того момента технология постоянно совершенствовалась. Различные команды исследователей создавали сплавы нитрида галлия с использованием алюминия или индия, в результате чего светодиод становился всё более эффективным, а его структура — всё более сложной.
Без технологии светодиодов мы уже не представляем современный мир (фото Nobel Prize).

Позднее физики создали синий лазер, в котором синий светодиод, размером с песчинку, является одним из важнейших компонентов. Несмотря на дисперсность света светодиода, синий лазер излучает тонкий сфокусированный луч.

Синий свет имеет очень короткую длину волны, поэтому стало возможным хранение в четыре раза большего объёма информации на той же площади (в сравнении с инфракрасными технологиями). Это привело к созданию Blu-Ray дисков с более длительным временем воспроизведения, а также к производству улучшенных лазерных принтеров.

Акасаки, Амано и Накамура прибудут в Стокгольм в декабре 2014 года, где на торжественной церемонии им вручат Нобелевскую премию по физике. И изобретение, за которое их теперь почитает весь мир, будет окружать нас повсюду.

Источник: http://www.vesti.ru/doc.html?id=2027741

Комментарии

Комментарии не найдены ...
Добавлять комментарии могут только
зарегистрированные пользователи!
 
Имя или номер: Пароль:
Регистрация » Забыли пароль?
 
http://www.el-optim.ru/catalog/724-3_-jelektroustanovochnye-izdeliya - выключатели купить.
© decoder.ru 2003 - 2017, создание портала - Vinchi Group & MySites