TEMA BROJA - Nobelova nagrada

Pripremio: Oliver Klajn

Priznanje za fiziku

Novi vid obojenog belog svetla

Početkom oktobra 2014. Nobelova nagrada za fiziku dodeljena je trojici japanskih naučnika za pronalazak svetleće diode koja emituje plavo svetlo.

Isamu Akasaki je rođen pre 85 godina u Kagošimi, na ostrvu Kjušu. Zavšio je jedan od najuglednijih univerziteta u Aziji, u drevnoj prestonici Kjotou, 1952. dodine. Dvanaest godina kasnije na univerzitetu u Nagoji stekao je zvanje doktora inženjerskih nauka. Njegovo revolucionarno otkriće je svetleća dioda zasnovana na poluprovodniku galijum nitridu.

Još krajem šezdesetih godina prošlog veka započeo je projekat koji ga je proslavio u naučnim krugovima - za metod rasta galijum nitrida odabrao je vrstu hemijskog taloženja pare. Osamdesetih godine 20. veka, zajedno sa saradnicima, načinio je galijum-nitrid visokog kvaliteta. To je omogućilo otkriće P-poluprovodnika i nastanak prve ultraljubičaste odnosno plave svetleće diode.

Ubrzo potom, Akasakijevom timu je pošlo za rukom da kontroliše provodljivost provodnika sa većom koncentracijom elektrona tipa N i povezanih legura.

Kvantni bunar

Takozvani “kvantni bunar” je tehnologija ograničavanja čestica. Japanski stručnjaci su 1995. zahvaljujući uređaju za kvantni bunar od aliminijumskog galijum nitrida i samog galijum nitrida ostvarili emisuju od 388 nanometara. Akasaki je sa saradnicima, na teorijskim nivou, dokazao orijentacionu zavisnost od pijezoelektričnog polja. Uz to je dokazano i postojanje galijum nitrid kristala. Posle ovih dostignuća nauzčnici širom sveta nastoje da te kristale upotrebe za stvaranje naprednijih izvora svetla.

Iako uveliko zašao u devetu deceniju života Akasaki je i danas direktor istraživačkog centra na Univerziteru u Nagoji, odeljenje za poluprovodnike od hemijskih jedinjenja nitrida.

Nagrade i počasti su stizale iz čitavog sveta. Pored ostalih, dobitnik je Edisonova medalje Instituta inženjera elektrotehnike i elektronike iz Njujorka, što je najstarija medalja iz ove oblasti u SAD a dodeljuje se isključivo pojedincu. Od domaćih priznanja pažnju privlači ono koje dodeljuje vodeći japanski dnevni list “Asahi Šimbun” koju je dobio 2001. Kjoto nagradu dobio je pre pet godina.

Metod termičkog žarenja

Drugi ovogodišnji laureat je Šuđi Nakamura. Rođen je pre šezdeset godina u Ikata, na ostrvu Šikoku. Na Šikoku je završio studije. Zaposlio se u kompaniji “Ničia” čija je delatnost u bliskoj vezi sa onim čemu se posvetio - luminiscenciji. Vlasnik kompanije podržao je istraživanje svetlosnih dioda sa provodnikom galijum nitridom i - rizik se isplatio: stvorena je prva dioda visoke jačine. Njeno plavo svetlo sa fosfornom prevlakom delimično prelazi u žuto.

Nakamurin rad se nadovazao na ostvarenja Akasakijevog tima. Njegova je zasluga u metodu koji je osmislio - termalnom žarenju, tj. termičkoj obradi koja dovodi do promena fizičkih i hemijskih osobina materijala.

Do razlaza sa “Ničia” kompanijom došlo je 1999, posle čega se odlučio za akademsku karijeru. Napustio je Japan i postao profesor na Univerzitetu Kalifornije, SAD, gde predaje inženjerske nauke. Vlasnik je preko sto patenata. Sa dvojicom američkih kolega osnovao je firmu SORRA koja se bavi proizvodnjom lampi zasnovanih na svetlećim diodama od čistog supstrata galijum nitrida.

Nakamura je stvorio i plave laserske diode koje imaju vrlo široku primenu. Najprestižnije kompanije (Soni, Tošiba) pravile su DVD plejere koristeći Nakamurina otkrića.

Plave laserske diode su značajne i za dalji razvoj blu-rej diskova. Osmislio je i zelene diode koje se koriste u semaforima širom sveta. Dobitnik je Asahi nagrade a pre Nobelove dobio je nagradu princa od Asturijasa, svetski značajnu milenijumsku tehnološku nagradu u Finskoj koju dodeljuje predsednik te zemlje i Harvijevu nagradu Izraelskog instituta za tehnologiju Tehnion.

Trostruko dejstvo dioda

Najmlađi od trojice ovogodišnjih japanskih nobelovaca je Hiroši Amano. Rodio se u Hamamacu, gradu u središnjem delu ostrva Honšu. Danas ima 54 godine. Njegova naučna aktivnost vezana je za grad Nagoju, gde je na univerzitetu prošao sva akademska zvanja.

Kada mu je bilo 32 godine radio je u privatnoj univerzitetskoj ustanovi Meiđo u istom gradu. Od 2010. godine je redovni profesor na univezitetu u Nagoji. Stručnjak je i za tranzistore velike elektro snage i frekvencije, za nanostrukture, solarne ćelije, jedinjenja provodnika. Istraživao je i grupe nitridskih poluprovodnika.

Kada se sagleda zajednički rad sva tri naučnika, nameće se zaključak da je otkriće plavih svetlosnih dioda zapravo stvaranje belog svetla u novom vidu. U odnosu na svetlosne izvore iz prošlosti ovim današnjim su povećane efikasnost i trajnost. Lampe stvorene na ovim principima ne sadrže ekološki štetnu živu.

Sada je moguće trostruko dejstvo zelenih, crvenih i plavih dioda. Plavo je predstavljalo glavnu prepreku stučnjacima, što su Japanci posle višedecenijskih napora uspeli da prevaziđu. U diodama se elektricitet pretvara u elementarne čestice koje su daleko efikasnije od ostalih izvora svetlosti gde se elektricitet mahom pretvara u toplotu. Utrošak energije je smanjen, a svetlosni fluks je znatno veći po jedinici snage.

Svetleće diode su sićušne i skoro nevidljive ljudskom oku.

Nobelovci su ispoljili inovativnost idejom o povećanju efikasnost tih lampi tako što su dodali aluminijum i indijum. Trajnost takvih lampi je oko sto hiljada časova. Ne treba izgubiti iz vidi da su Nobelovoj nagradi prethodile hiljade eksperimenata koje su naučnici iz Japana izveli i od kojih je većina bila neuspešna. Niko pre njih nije uspeo da stvori kristale galijum nitrida potrebnog kvaliteta. Primena ovih dioda je i na LCD monitorima televizora, na računarima i mobilnim telefonima.

Oliver Klajn

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"