Свобода слова.
Дорого.
Поддержи The New Times.

#Главное

#Только на сайте

Премия свету и супермикроскопу

12.10.2014 | Федотова Ирина | №33 от 30.10.14

Нобелевский комитет отдал предпочтения прикладным исследованиям

«В этом году премия (по физике) — свету», — сказал член Шведской королевской академии Стефан Нормак и назвал, тщательно стараясь не исковеркать, непривычные для европейского уха японские фамилии — Исаму Акасаки, Хироси Амано (оба из университета Нагойи, Япония) и Сюдзи Накамура (Калифорнийский университет, США) — «за изобретение синих светодиодов, которые открыли путь к ярким и экономным источникам белого света». Премия — признание того, что японские ученые открыли принципиально новый источник искусственного освещения.

Учитывая, что в истории человечества таких событий было меньше, чем пальцев на руке (горелки с маслом — лампы накаливания (XIX век) — флюоресцентные лампы (XX век) — наконец, светодиоды), изобретение японских ученых и правда открывает целую новую эпоху. И все же многие не скрывают разочарования тем, что в этом году Нобелевку дали за «чисто прикладную физику»: в прошлом году ее присудили за «бозон Хиггса», а до этого — за исследование смешанных квантовых состояний. Впрочем, единственный физик (из 198 лауреатов, удостоенных главной премии мира по физике с 1901 года), получивший Нобелевскую премию дважды, — Джон Бардин — удостоился ее сначала за изобретение транзистора (в 1956 году), а потом уже за теорию — сверхпроводников (в 1972-м). Не говоря уже о том, что, согласно завещанию самого Нобеля, премия вручается не только за фундаментальные открытия, но и за исследования, которые способствуют прогрессу человечества. Это была почти «прометеевская» задача — подарить людям новый источник света, к тому же — почти безупречный с точки зрения экологии и сохранения земных ресурсов. И ее блестяще решили японские физики.

Снимок экрана 2014-10-13 в 0.05.13.png

От идеи до воплощения

Необходимость создания сверхэффективных и долгоживущих источников света существовала давно. В последние десятилетия все более актуальными становились проблемы энергосбережения, экологической безопасности и, наконец, доступности бытового освещения для тех, кто использует маломощные источники электроэнергии (солнечные батареи, а также обычные электрические батарейки). Синие светодиоды дали надежду на их решение в обозримом будущем.

В середине 1990-х японские ученые наконец-то поняли, как создать светодиод, излучающий свет в синей части спектра. Они разработали технологию создания новых полупроводниковых структур, сделали опытный образец синего светодиода и наладили его массовое производство. А соединяя свет от синих светодиодов с излучением красных и зеленых светодиодов, можно получить освещение любого цвета и, прежде всего, белого.

История создания синих светодиодов не лишена драматизма — с неожиданными поворотами и даже тупиками. Об этом The New Times рассказал один из «патриархов» отечественной оптоэлектроники, доктор технических наук, профессор Евгений Вигдорович. По его словам, работы в этой области начались еще в 1972 году, причем одновременно в Японии и в СССР.

Тогда самый старший из нынешних лауреатов Исаму Акасаки (ему 85) руководил лабораторией в Нагойском университете и пытался получить новые полупроводниковые материалы для светодиодов. У нас этим занимались в НИИ материаловедения в Зеленограде. Основная проблема заключалась в том, чтобы получить основу для диода — полупроводник, который обеспечит излучение именно синего цвета. Наиболее перспективным мог оказаться нитрид галлия. Но технологии его получения на тот момент не существовало.

«Я тогда руководил лабораторией, и мы разрабатывали технологию вместе с зеленоградским МИЭТом, — рассказывает Евгений Вигдорович. — Мы с японцами получили нитрид галлия практически одновременно. Но ни они, ни мы не смогли тогда получить на нем работающий «р-n переход» — основу любого диода… Светодиод получался тусклый, видимый только в темноте. И где-то к 1978 году работы были приостановлены, причем в обеих лабораториях». «Из-за неудач многие покидали эту сферу деятельности,— сказал и Акасаки, когда узнал о том, что стал Нобелевским лауреатом,— но мы продолжали этим заниматься — просто потому, что нам это нравилось».

detail_2_0.jpg

Синий светодиод, созданный нобелевскими лауреатами

Шли годы. Где-то в конце 1980-х Сюдзи Накамура, тогда совсем молодой (ему было двадцать пять) сотрудник небольшой японской фирмы, работая над диссертацией наткнулся на статью физиков из МГУ — так он сам позже рассказывал академику Жоресу Алферову, тоже Нобелевскому лауреату. Еще в начале семидесятых они, обрабатывая пучком электронов образцы нитрида галлия, получили яркое свечение — но причины этого странного света понять не смогли. А Накамура — понял. Понял, что авторы статьи случайно получили необходимый для создания синего светодиода тот самый «р-n переход». И Накамура начал — в свободное от основной работы время — свои эксперименты с нитридом галлия. В 1989 году возобновились работы и в университете Нагойи. Японские ученые создали светодиод сначала на так называемом «гетеропереходе» (из двух разных материалов). Затем с помощью элементов наноинженерии им удалось еще больше повысить мощность излучения светодиода. В России работы тоже возобновились, но с большим отставанием — и по темпам исследования, и по выделяемым средствам.

Когда же яркость излучения светодиода стала сопоставима с яркостью традиционных источников света, Сюдзи Накамура собрал опытную конструкцию светодиода, и через некоторое время он был запущен в производство. Накамура переехал в США, стал американским гражданином и, усовершенствовав технологию, получил новые патенты. А затем организовал в Калифорнии свое собственное производство синих светодиодов, которым — параллельно с работой в университете — сейчас и управляет.

Снимок экрана 2014-10-13 в 0.04.55.png

Вечные лампочки

В настоящее время источники света на светодиодах действительно близки по световой мощности к лампам накаливания и люминесцентным лампам, а могут быть и намного ярче. И это очень важно для энергосбережения. При этом время их жизни — 100 тыс. часов (лампы накаливания живут 1000 часов, а люминесцентные лампы — 10 тыс. часов).

Новые источники света решают и экологическую проблему: в отличие от «ламп дневного освещения», они не содержат ядовитой ртути. Кстати, широко используемые сейчас в быту «энергосберегающие лампы» — с газовой трубкой в форме спирали — тоже содержат ртуть, но в меньших количествах. Светодиоды производятся в основном в Японии, Корее, а с недавнего времени — и в Китае, который может обеспечить ими весь мир. С 1999 по 2008 годы производство светодиодов для освещения выросло в 6 раз и продолжает расти.

В Европе против производства светодиодов выступают «зеленые», поскольку в процессе их изготовления используются ядовитые, агрессивные вещества. Но сегодня световые чипы и так производятся главным образом в Азии. А европейские страны развивают сборочное производство светильников с использованием этих чипов. Так же поступают и в России.

Ожидается, что уже в недалеком будущем светодиоды полностью вытеснят источники света предыдущих поколений. Кроме того, на том же самом материале полным ходом идет создание полупроводниковых лазеров синего диапазона. И это уже привело к революции в области записи и считывания информации: компактные диски с повышенной плотностью информации уже появились на рынке.

Любопытно, что и Нобелевка по химии в этом году досталась «прикладникам»: Штефан Хелль (Институт Макса Планка, Германия), Уильям Мернер (Стэнфордский университет, США) и Эрик Бетциг (Медицинский институт Говарда Хьюза, США) — за разработку методов флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения. По большому счету, это не совсем химия — скорее, физика в приложении к биологии «с некоторым химическим поворотом», как охарактеризовал эту работу один из коллег лауреатов. Суть: ученые придумали, как можно наблюдать за отдельными молекулами внутри живых клеток. В частности, теперь можно наблюдать за белками, ответственными за болезни Альцгеймера и Паркинсона. А знание молекулярных структур открывает возможности для создания новых лекарств.

Похоже, в этом году Нобелевский комитет решил послать ученым мира месседж: изучение основ мироздания — это важно и замечательно, но иногда нужны идеи, которые делают людей счастливее.

000_Par7996362.jpg

Лауреат премии по физике Хироси Амано

EN_01148482_0536.jpg

Лауреат премии по физике Исаму Акасаки

000_DV1885236.jpg

Лауреат премии по физике Сюдзи Накамура

RTR49DKA.jpg

Лауреат премии по химии Эрик Бетциг

TASS_04436844.jpg

Лауреат премии по химии Уильям Мернер

TASS_04437177.jpg

Лауреат премии по химии Штефан Хелль



×
Мы используем cookie-файлы, для сбора статистики. Отключение cookie-файлов может привести к неполадкам в работе сайта.
Продолжая пользоваться сайтом без изменения настроек, вы даете согласие на использование ваших cookie-файлов.