Нобель-2014: физика света

Нобелевскую премию по физике получили разработчики диодной технологии.

В этом году Нобелевский комитет в отборе победителей в номинации "физика" решил отойти от высоких материй и сосредоточиться на изобретателях, которые сделали нечто прикладное. Достижения японцев Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура были признаны шведскими учеными самыми значительными со времен изобретения Томасом Эдисоном лампочки накаливания.

Их работы по созданию новых диодных технологий помогли осветить жизнь более чем 1,5 млрд человек в тех регионах, где из-за низкого напряжения в сети невозможно устанавливать обычные осветительные приборы. Кроме того, их изобретения привели к появлению нового типа диодных проводников, на них сейчас делают ставку не только частные компании, которые уже не представляют свою продукцию без LED-технологии, но и военные, готовые платить миллионы долларов за новые транзисторы и приемопередающие модули на основе диодных технологий. Хотя вначале эти работы казались бесперспективными.

В 1989 году сотрудники Университета Нагои Акасаки и Амано смогли создать новый материал — галлия нитрид, искусственно соединив кристаллические решетки галлия и азота. Полезность этого вещества заключалась в том, что при осаждении магнием оно приобретало свойства полупроводника, который мог работать при высоких температурах и не боялся перегрева. Это и определило основное направление использование нового элемента — раз он мог проводить энергию почти без потерь и создавать любые цветовые характеристики, то на его основе начались оптические разработки. Кроме того, нитрид галлия сейчас пытаются использовать в энергетике для коммутации электрических сетей и создания усилителей радиоволн. Наконец, в Европе военные сейчас разрабатывают новые радиолокационные станции на основе этого соединения, которое позволяет улавливать больший диапазон сигналов, чем в стандартных приемниках. Компания Cassidian, которая разрабатывает такие РЛС, уже получила от нескольких европейских стран заказ на сумму в 20 млн евро. Эксперты считают, что радиоприемники и полупроводники на нитриде галлия станут основой новых систем наблюдения военно-морского флота ЕС и НАТО. Но сам элемент вряд ли стал бы широко популярным и его создатели не удостоились бы Нобелевской премии, если бы к процессу разработки не подключился инженер Сюдзи Накамура.

В 1990 году он на основе нитрида галлия произвел революцию в светодиодной технологии — создал синий диод. До этого существовало два вида диодов — зеленый и красный. Они использовались в оптике с 1970-х, но не приносили значительных прибылей. И некоторые ученые считали, что без создания белого диода дальнейший прорыв невозможен. Но Накамура, который работал в то время в корпорации Nichia Chemical Industries, не оставлял своих попыток. В итоге он разработал дешевый диод синего цвета, который потреблял минимум энергии. В корпорации его работу оценили премией в две тысячи долларов. Но изобретатель, видя, что Nichia за несколько лет на продажах его диодов утроила свои прибыли, подал в суд и выиграл компенсацию в $9 млн. Это стало самой большой компенсацией, которую японская компания выплатила частному изобретателю.

После этого Накамура переехал в Калифорнию, где создал белый светодиод. Надо сказать, что сделал он это на основе синего диода, просто объединив излучения уже существующих синего, красного и зеленого диодов. Это стало началом эпохи диодов в освещении и компьютерной техники. Сейчас Накамура работает над диодом, который не будет терять энергию вообще, и тем самым достигнет эффективности в 100%. Он должен работать в 100 раз дольше, чем обычные диоды, и создать новый источник света, который будет долговечным и очень экономным.

В 2007 году Накамура получил премию Millennium Technology Prize в размере $1,3 млн за свои диодные разработки. На эти деньги он построил в Калифорнии собственную исследовательскую лабораторию.

Награждение ученых, создавших диоды, Нобелевской премией в этом году очень символично по двум причинам. Во-первых, диоды могут стать важным подспорьем в деле охраны окружающей среды. Они потребляют намного меньше энергии и не рассеивают ее, как обычные лампы накаливания. По данным ООН, в 2014 году человечество достигнет исторического максимума выбросов парниковых газов, дальше этот показатель будет только расти, и к 2020-му может достичь 10 тон углекислого газа на одного жителя земли. И даже в Объединенных нациях признают, что пока не могут заставить страны уменьшить вредные выбросы, и потому нужно искать другой путь к экологическому равновесию. Тем более, в ближайшие годы выбросы будут стремительно расти в развивающихся странах Азии и Африки, так как там более 2 млрд человек живут без надлежащего освещения. И диодная технология могла бы стать выходом для этих государств.

Во-вторых, диоды сейчас активно используются в технике. Почти на каждом смартфоне для подсветки дисплея используются именно светодиоды. И сейчас уже разрабатываются органические светодиоды на сверхтонких пленках, которые могут излучать свет при пропускании через них электричества. Ученые считают, что вскоре на основе этой технологии разработают дисплеи толщиной с лист бумаги. Сейчас нужно только придумать, как обеспечить органические диоды непрерывной работой. Кроме подсветки, диоды стали основой для многих полупроводниковых технологий, и сегодня аналитики предсказывают, что на основе диодов произойдет новый провыв в цифровых разработках. Не говоря уже о диодах, встроенных в большую часть бытовой техники, без которых современный человек уже не представляет своей жизни.

Иван Морозовицкий

Инф.