Isamu Akasaki, Hiroshi Amano i Shuji Nakamur z Noblem

Isamu Akasaki, Hiroshi Amano i Shuji Nakamura podzielą się sumą 8 mln koron (3,7 mln zł).

„Wraz z pojawieniem się diod LED mamy bardziej trwałą i efektywną alternatywę dla starszych źródeł światła. Około jednej czwartej światowego zużycia energii elektrycznej pochłaniane jest przez oświetlenie" – napisał w oświadczeniu Komitet Noblowski.

– Użyteczność tego wynalazku uszczęśliwiłaby Alfreda Nobla – zauważył prof. Olle Inganas z Uniwersytetu Linkoping, prezentując nazwiska laureatów podczas konferencji w Sztokholmie.

– Fascynujące jest to, że wiele dużych firm pracowało nad stworzeniem tego wynalazku, ale się poddawały – powiedział prof. Per Delsing z Uniwersytetu Technologicznego Chalmers w Geteborgu.

Isamu Akasaki pracuje na Uniwersytecie Meijo w Japonii i Uniwersytecie Nagoya, Hiroshi Amano jest profesorem na Uniwersytecie Nagoya, a Shuji Nakamura, urodzony w Japonii, jest obywatelem amerykańskim i pracuje na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Barbara.

Kiedy laureaci w grudniu przyjadą na ceremonię wręczenia nagrody, trudno im będzie nie zauważyć swojego wynalazku świecącego praktycznie we wszystkich oknach szwedzkiej stolicy.

Oczywiście użytkowe żarówki LED nie emitują niebieskiego światła (choć są i takie), większość z nich świeci jasnym białym światłem. W odróżnieniu od lamp fluorescencyjnych (zwanych u nas żarówkami energooszczędnymi) nie zawierają szkodliwej rtęci.

Czerwone i zielone diody są z nami od prawie pół wieku, ale aby naprawdę zrewolucjonizować technologię oświetleniową, potrzebne było niebieskie źródło. Białe światło powstaje jedynie z czerwonego, zielonego i niebieskiego. Mimo wielu wysiłków w ośrodkach naukowych i przemysłowych przez 30 lat nie udawało się zbudować niebieskiej diody.

Diody LED są bardziej trwałe niż inne źródła światła. Zwykłe żarówki mają trwałość ok. 1000 godzin, świetlówki około 10 tys. godzin. Diody LED mają trwałość sięgającą 100 tys. godzin.

Czerwona dioda emitująca światło została wynaleziona pod koniec lat 50. ubiegłego wieku. Diody takie znalazły zastosowanie w zegarkach elektronicznych i kalkulatorach, rozpowszechniły się jako wskaźniki w urządzeniach domowych.

Dioda emitująca światło składa się z kilku warstw z przewagą elektronów (zwanych warstwami typu n – negative) oraz warstw z niewystarczającą ilością elektronów (typu p – positive), zwanych także nadwyżką dodatnio naładowanych dziur.

Między nimi jest warstwa aktywna, do której wędrują ujemne elektrony i dodatnie dziury, kiedy pojawi się napięcie elektryczne. Rekombinacja elektronów i dziur (połączenia się cząstek o przeciwnych ładunkach elektrycznych) powoduje świecenie tej warstwy. Długość fali światła zależy wyłącznie od półprzewodników. Niebieskie światło o krótkiej fali pojawia się tylko w niektórych materiałach.

Laureaci podjęli ryzyko poszukiwania nowych materiałów i ciężko pracowali. Sami wyposażyli sobie laboratorium, nauczyli się technologii i przeprowadzili tysiące eksperymentów. Próbowali uzyskać światło niebieskie z różnych półprzewodników. Większość tych prób nie przynosiła żadnych efektów.

Badacze się nie załamywali, w końcu znaleźli materiał, który został uznany za odpowiedni do wytwarzania światła niebieskiego. Ale azotek galu w praktyce okazał się trudny do produkcji. Nikt nie był w stanie wytworzyć kryształów azotku galu odpowiedniej jakości. Inni badacze stawiali na inne materiały, ale tegoroczni nobliści – Akasaki i Amaro – przekonywali, że to oni prawidłowo wybrali materiał. W 1986 r. udało im się uzyskać ten materiał odpowiednio wysokiej jakości.

Przez przypadek Akasaki i Amano odkryli, że ich azotek galu świecił jaśniej, gdy był badany przez mikroskop elektronowy. Sugerowało to, że wiązka elektronów z mikroskopu wytwarza bardziej efektywną warstwę typu p. W 1992 roku obaj uczeni byli w stanie przedstawić pierwszą diodę emitującą jasne światło niebieskie.

Nakamura zaczął pracować nad swoją niebieską diodą LED w 1988 roku. Dwa lata później udało mu się uzyskać wysokiej jakości azotek galu. Znalazł na to sprytny sposób. Hodował kryształ warstwa po warstwie najpierw w niskiej temperaturze, a kolejne warstwy w coraz wyższej temperaturze.

Rozwiązanie Nakamury było różne od tego, jakie zaproponowali Akasaki i Amano. W latach 90. obie grupy udoskonalały swoje niebieskie diody LED.

Akasaki wraz z Amano oraz Nakamura wynaleźli też niebieski laser. Sercem urządzenia jest niebieska dioda LED wielkości ziarenka piasku. Niebieski laser znalazł zastosowanie w domowych odtwarzaczach Blu-ray, a także w nowoczesnych drukarkach laserowych.

Kiedy uczonym udało się zbudować znakomicie działające niebieskie diody LED, Akasaki i Amano byli pracownikami Uniwersytetu Nagoya, podczas gdy Nakamura był zatrudniony w małej firmie chemicznej Nichia Chemicals w Naruto na wyspie Shikoku. Trzej badacze z Japonii otworzyli drogę do oświetlenia XXI wieku – podkreślili członkowie Komitetu Noblowskiego. Przypomnieli też, że diody LED znalazły zastosowanie w monitorach telewizyjnych i komputerowych oraz wyświetlaczach smartfonów i lampach błyskowych.

Opinie

prof. Jacek Baranowski

Przez blisko trzy dekady, aż do początku lat 90., bezskutecznie szukano półprzewodnika, który zaświeciłby na niebiesko.

Teoretycznie istnieje wiele materiałów półprzewodnikowych, które mogą zaświecić światłem tej barwy, ale żeby wybrać ten właściwy, trzeba było szczęśliwego trafu i uporu. To trochę tak, jakby postawić na właściwą spółkę na giełdzie – wyjaśnia prof. Jacek Baranowski z Wydziału Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego.

– Trzej dzisiejsi nobliści postawili na półprzewodnik, który okazał się czarnym koniem w tej loterii – azotek galu. I odnieśli sukces tam, gdzie inni, w tym najpotężniejsze w tym czasie koncerny elektroniczne, przegrywali. Akasaki pracował wtedy wspólnie z Amano na Uniwersytecie Nagoi, a Nakamura w  firmie Nichia Chemicals. Zapoczątkowali wielką transformację na świecie, która całkowicie zmienia sposób oświetlenia naszych domów, miast, samochodów.

Prof. Krzysztof Meissner

Osiągnięcie tegorocznych noblistów jest bardziej wyczynem z dziedziny inżynierii niż fizyki. Od strony technologicznej to jest bardzo duże osiągnięcie, natomiast od strony teoretycznej nic nowego tutaj nie ma – uważa prof. Krzysztof Meissner z Instytutu Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Warszawskiego. – Ale dzięki ich pracy zmieniło się wiele w dziedzinie elektroniki i nowoczesnych technologii. Te technologie już zaczynają znajdować zupełnie nowe zastosowania, np. testowane są tak zwane systemy Li-Fi, które emitują nie tylko światło, ale jednocześnie sygnał internetowy.

—pap, k.k.

Prof.  ?Isamu? Akasaki, Uniwersytet Nagoya

Kariera japońskiego badacza dowodzi, że cierpliwa praca nad jednym wynalazkiem może dać i naukową chwałę, i pieniądze.

Isamu Akasaki urodził się w 1929 r. w niewielkiej miejscowości Chiran w prefekturze Kagoshima. Studiował na Uniwersytecie Kioto, a doktorat zrobił w 1964 r. na Uniwersytecie Nagoya, z którym jest związany do dziś. Pierwsze badania nad niebieskimi LED prowadził właśnie tam oraz w tokijskim Matsushita Research Institute (placówka koncernu odpowiadającego m.in. za marki Panasonic i Technics).

Prace badawcze i eksperymenty nad nowymi materiałami mogącymi posłużyć do budowy takiej diody trwały nieprzerwanie do połowy lat 90. ubiegłego wieku. Za swoje osiągnięcia w dziedzinie LED Isamu Akasaki został doceniony już wcześniej – Nagrodą Kioto (japoński odpowiednik Nagrody Nobla w dziedzinie nowych technologii) w 2009 r. i Medalem Edisona ?w 2011 r.

Lata pracy nad niebieską diodą opłaciły się również finansowo. Prof. Akasaki zgłosił patenty na swoje wynalazki, a to przyniosło mu spore pieniądze. Na tyle duże, że w 2006 r. uruchomił Instytut Akasaki na Uniwersytecie Nagoya. Uczelnia nie tylko nie dołożyła do tego złamanego grosza (czy raczej jena), ale wykorzystała część opłat licencyjnych na własne potrzeby. Wpływy z patentów pokryły budowę i wyposażenie instytutu koncentrującego się naturalnie na badaniach nad nową generacją LED oraz ich wykorzystaniem w praktyce. Instytut działa w samym sercu kampusu uniwersyteckiego. Prof. Akasaki ma tam na ostatnim piętrze biuro.

—peka