Οι φυσικοί που άλλαξαν τη λάμπα κερδίζουν το Νόμπελ

Σε μια επιλογή που εξέπληξε τους παρατηρητές του Νόμπελ, το φετινό βραβείο φυσικής θα απονεμηθεί σε τρεις Ιάπωνες επιστήμονες όχι για μια βασική ανακάλυψη, όπως είναι τυπικό, αλλά μάλλον για μια εφεύρεση:τη δίοδο μπλε εκπομπής φωτός (LED). Η Επιτροπή Νόμπελ αναγνώρισε τρεις ερευνητές που συνέβαλαν εξίσου στην ανακάλυψη:Isamu Akasaki από το Πανεπιστήμιο Meijo στη Ναγκόγια και το Πανεπιστήμιο Nagoya. Hiroshi Amano του Πανεπιστημίου Nagoya; και Shuji Nakamura, τώρα του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Santa Barbara.

Οι δίοδοι εκπομπής φωτός εμφανίστηκαν σε εμπορικές εφαρμογές στις αρχές της δεκαετίας του 1960. Αλλά ακόμη και μέχρι τις αρχές της δεκαετίας του 1990 κυκλοφόρησαν μόνο σε χρώματα όπως το κόκκινο και το πράσινο. Χρησιμοποιήθηκαν ως ενδεικτικές λυχνίες σε ηλεκτρονικές συσκευές και σε ηλεκτρονικές οθόνες και, αργότερα, σε φώτα αυτόματου φρένου υψηλής κεντρικής βάσης. Αλλά χωρίς μπλε LED, δεν υπήρχε τρόπος να δημιουργηθεί το λευκό φως που απαιτείται για φωτισμό γενικής χρήσης.

Η πρόκληση ήταν στα υλικά. Τα LED είναι κατασκευές ημιαγωγών που βασίζονται σε μια εφαρμοζόμενη τάση για να οδηγούν ηλεκτρόνια και θετικούς φορείς που ονομάζονται οπές μέσα από διαφορετικά στρώματα ενός κρυστάλλινου σάντουιτς. Όταν τα ηλεκτρόνια και οι τρύπες ενώνονται στο λεγόμενο ενεργό στρώμα του σάντουιτς, εκπέμπουν φωτόνια - φως. Το μήκος κύματος του φωτός, και επομένως το χρώμα, εξαρτάται από τις ιδιότητες του κρυστάλλου και τις ενσωματωμένες ακαθαρσίες, που ονομάζονται προσμίξεις. Για χρόνια, μεγάλες εταιρείες προσπάθησαν να βρουν τον κατάλληλο συνδυασμό υλικών ημιαγωγών και προσμείξεων για την παραγωγή μπλε φωτός, αλλά απέτυχαν.

Αυτό το τρίο Ιάπωνων ερευνητών προσπάθησε να δουλέψει με νιτρίδιο του γαλλίου. Θεωρητικά, το νιτρίδιο του γαλλίου είχε τα κατάλληλα υλικά για να παράγει μπλε φως, αλλά ήταν πολύ δύσκολο να δουλέψεις μαζί του. «Οι άνθρωποι πίστευαν ότι [ένα μπλε LED] δεν θα επιτυγχανόταν κατά τον 20ο αιώνα», είπε ο Ακασάκι κατά τη διάρκεια συνέντευξης Τύπου σήμερα στη Ναγκόγια. "Άλλοι ερευνητές τα παράτησαν, αλλά δεν το σκέφτηκα να το κάνω, έκανα αυτό που μου άρεσε", είπε.

Ο Akasaki και ο Amano, που εργάζονταν μαζί στο Πανεπιστήμιο της Nagoya, δοκίμασαν διαφορετικούς τρόπους ανάπτυξης του κρυστάλλου ημιαγωγών και έκαναν την πρώτη σημαντική ανακάλυψη, προσελκύοντας αμυδρό μπλε φως από έναν ημιαγωγό νιτριδίου γαλλίου το 1986. Καθώς συνέχιζαν να βελτιώνουν το μπλε LED τους, τον Nakamura, ο οποίος τότε είχε μόνο έκανε μεταπτυχιακό και εργαζόταν ανεξάρτητα στη Nichia Chemical Industries, μια μικρή παρασκευάστρια φωσφόρων που βρίσκεται σε μια μικρή πόλη στο αγροτικό Σικόκου, συνέχισε να δοκιμάζει διαφορετικούς τρόπους ανάπτυξης των απαραίτητων στρωμάτων νιτριδίου του γαλλίου και το 1990 απέκτησε μια συσκευή που εκπέμπει πολύ φωτεινό, πολύ μπλε φως.

Οι ανακαλύψεις ξεκίνησαν μια συνεχιζόμενη επανάσταση στον φωτισμό. Ο φωτισμός LED είναι πολύ πιο αποτελεσματικός από τις προηγούμενες μορφές φωτισμού, που περιλαμβάνουν τη θέρμανση ενός νήματος ή ενός αερίου και σπαταλά το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας εισόδου. Τα LED είναι πλέον πάνω από το 50% της θεωρητικής μέγιστης απόδοσης. Και «θα είναι δύσκολο να βρεθεί κάτι καλύτερο» από τα LED, είπε ο Per Delsing, πρόεδρος της Επιτροπής Νόμπελ Φυσικής, σε συνέντευξή του μετά τη σημερινή συνέντευξη Τύπου στη Σουηδία. Πρόσθεσε ότι τα LED αποφεύγουν επίσης τη χρήση υδραργύρου, ενός τοξικού υλικού που είναι κοινό στους λαμπτήρες φθορισμού. Η επιτροπή τόνισε τη χρησιμότητα της εφεύρεσης, λέγοντας ότι είναι κάτι που αγγίζει σχεδόν όλους όσους βασίζονται στον φωτισμό. «Πιστεύω ότι ο Άλφρεντ Νόμπελ θα ήταν πολύ χαρούμενος για αυτό το βραβείο», είπε ο Ντέλσινγκ.

Η μετάβαση από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως σε πιο αποδοτικό φωτισμό, όπως τα LED, έχει μειώσει σημαντικά την ποσότητα ενέργειας που χρησιμοποιείται στον φωτισμό παγκοσμίως, με προφανή περιβαλλοντικά οφέλη. Αλλά η Επιτροπή Νόμπελ επεσήμανε επίσης ότι η απόδοση των LED σημαίνει ότι μπορούν να λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια χαμηλού κόστους και απλές μπαταρίες, φέρνοντας φως στα 1,5 δισεκατομμύρια ανθρώπους που δεν είναι συνδεδεμένοι σε ενεργειακά δίκτυα. "Με το 20% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας να χρησιμοποιείται για φωτισμό, έχει υπολογιστεί ότι η βέλτιστη χρήση του φωτισμού LED θα μπορούσε να το μειώσει στο 4%. Η έρευνα των Akasaki, Amano και Nakamura το κατέστησε δυνατό και αυτό το βραβείο αναγνωρίζει αυτή τη συμβολή", δήλωσε η Frances Saunders. , πρόεδρος του Ινστιτούτου Φυσικής του Ηνωμένου Βασιλείου, σε δήλωση. "Πρόκειται για έρευνα φυσικής που έχει άμεσο αντίκτυπο στις μεγαλύτερες κλίμακες, συμβάλλοντας στην προστασία του περιβάλλοντος μας, καθώς και στις καθημερινές ηλεκτρονικές συσκευές μας."

Οι Ιάπωνες πολιτικοί επαίνεσαν την τριάδα στα βραδινά δελτία ειδήσεων. Αλλά ο Νακαμούρα μπορεί να έχει ανάμεικτα συναισθήματα για την πατρίδα του. Είχε μια διαμάχη με τη Nichia Chemical και μήνυσε την εταιρεία, κερδίζοντας τελικά ένα μερίδιο από τα κέρδη που κέρδισε από την εφεύρεσή του. Αποφάσισε επίσης να μετακομίσει στις Ηνωμένες Πολιτείες αφού δεν κατάφερε να βρει μια ακαδημαϊκή θέση στην Ιαπωνία. Κατά τη διάρκεια μιας συνέντευξης Τύπου τον Ιανουάριο του 2005 μετά τη διευθέτηση της αγωγής του, ο Νακαμούρα κατέρριψε τα δικαστήρια, το εκπαιδευτικό σύστημα και τη μεταχείριση των ερευνητών της Ιαπωνίας. "Βασικά, η ιαπωνική κοινωνία δεν εκτιμά τις συνεισφορές των ατόμων. Στην Ιαπωνία, ο κόσμος επικεντρώνεται στις μεγάλες εταιρείες", είπε. Τώρα είναι Αμερικανός πολίτης.

Η Science προσδιόρισε το προφίλ του Nakamura σε ένα χαρακτηριστικό του 1997:Staying Off Beaten Track Puts Researcher LED a Step Bethead .

Για περισσότερα σχετικά με τα Νόμπελ στην επιστήμη, κάντε κλικ εδώ.