Эффективный, полезный светодиод синего цвета привлекает Нобелевскую премию по физике

  1. Три цвета светодиодов
  2. Фундаментальная наука приносит свои плоды
GE Link является одним из многих светодиодных осветительных элементов, попадающих на рынок. Они более эффективны, чем лампы накаливания и флуоресцентные предшественники. Ry Crist / CNET

Озадаченный бозонами Хиггса, квантовой механикой и ускоряющимся расширением Вселенной? Нобелевская премия по физике этого года - за то, что она очень понятна и полезна: синие светодиоды используются во всем, от домашнего освещения и фар до экранов телевизоров и светофоров.

Три исследователя получили Нобелевская премия 2014 года по физике во вторник для изобретения этого синего светодиода (LED), технологии, в настоящее время используемой в высокоскоростных сетях, хранилищах данных, смартфонах, очистке воды и эффективном домашнем освещении.

Победителями стали Исаму Акасаки, гражданин Японии и профессор Университета Мейхо и Университета Нагоя; Хироши Амано, гражданин Японии и профессор Нагойского университета; и Шуджи Накамура, американский гражданин и профессор Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.

Главное преимущество их изобретения 20 лет назад - это производство света с гораздо меньшими потерями электрической энергии, чем при использовании предыдущих технологий, таких как лампы накаливания и флуоресцентные лампы, заявила награда Королевской академии наук Швеции.

«Четверть энергопотребления уходит на освещение», - сказал Пер Делсинг, профессор физики в Технологическом университете Чалмерса в Швеции, на пресс-конференции, посвященной объявлению награды. В результате любое повышение эффективности и, как следствие, экономия энергии "действительно окажут большое влияние на современную цивилизацию", сказал он.

Нобелевские премии по физике часто достаются фундаментальным открытиям, таким как бозон Хиггса. Но когда комитет присуждает награду за изобретение, «мы действительно подчеркиваем полезность изобретения», - сказала на пресс-конференции профессор атомной физики в Лундском университете в Швеции Энн Л'Уилье. А синий светодиод - ничто, если не полезно.

Светодиодные лампы производят больше люменов света на ватт электроэнергии, чем более ранние формы света. Королевская шведская академия наук

Недавние Нобелевские премии были присуждены за концепции, которые очень далеки от повседневного человеческого опыта - например, гигантское магнитосопротивление, конденсаты Бозе-Эйнштейна, сверхпроводники и сверхтекучие жидкости, а также ускоряющееся расширение Вселенной. Синий светодиод - то, что вы можете купить в местном магазине товаров для дома - по сравнению с ним выглядит совершенно приземленным.

Но это не совсем обычное дело, сказал Х. Фредерик Дилла, главный исполнительный директор Американский Институт Физики , который назвал работу "Тур де силы", потому что она требует сочетания материаловедения, физики и химии. Действительно, изобретение синего светодиода было в коротком списке кандидатов его института на премию, сказал он.

«Это очень дорогая технология, требующая эпитаксии на атомном слое, когда слои наносятся на атомный слой за атомным слоем в очень высоком вакууме», - сказала Дилла. Это намного сложнее, чем лампы накаливания, добавил он. «Сравните это с вытягиванием вольфрамовой проволоки и помещением ее в шарик стекла и продувкой воздуха аргоном, и у вас есть лампочка на несколько центов».

Три цвета светодиодов

Белый свет от солнца можно воспроизвести искусственно, смешав три цвета света: красный, зеленый и синий. Светодиоды очень эффективны для преобразования электрической энергии в видимый свет, но синие светодиоды оказались намного сложнее, чем красные и зеленые. Прошло более четверти века после того, как красные светодиоды были изобретены в начале 1960-х годов, прежде чем полупроводниковые материалы и технологии изготовления стали достаточно сложными, чтобы использовать синие светодиоды в середине 1990-х годов.

Белые светодиоды работают либо за счет упаковки трех красных, зеленых и синих светодиодов, либо за счет использования только синих светодиодов, свет которых также возбуждает люминофоры, излучающие зеленый и красный.

Теперь эти белые светодиоды быстро распространяются по всему земному шару во главе с приложениями освещения.

Лампы накаливания - традиционные лампы эпохи Томаса Эдисона - работают, нагревая нить накала, пока она не засияет. Такой подход производит свет, но большая часть энергии теряется в виде тепла.

Люминесцентные лампы более чем в четыре раза эффективнее, это большой шаг вперед. Но эффективность светодиодов почти в двадцать раз выше, чем у ламп накаливания, и они не связаны с опасными для здоровья рисками люминесцентных ламп, связанными с ртутью. В качестве дополнительного бонуса, светодиодные фонари также работают дольше.

Почему светодиод синего света занял почти 30 лет дольше, чем светодиод красного света? Потребовались гораздо более сложные материалы материаловедения и технологии изготовления. Королевская шведская академия наук

Белые светодиоды в настоящее время широко используются в уличных фонарях, светофорах, фонарях, автомобильных фарах, а по мере снижения расходов - в домах и офисах. Они также являются основной силой в электронике, обеспечивая свет на экранах ноутбуков, телефонов, планшетов и телевизоров.

Акасаки и Амано вместе работали над технологией в университете Нагоя, в то время как Накамура в то время работал в Nichia Chemical Corporation. В 1990-х годах потребовалось более десяти лет работы для создания практичных конструкций с синими светодиодами.

Трио разделит награду в размере около 1,1 миллиона долларов. Это намного больше, чем 200 долларов, которые Никия заплатил Накамуре за свое изобретение - но меньше, чем 8 миллионов долларов он выиграл в 2005 году по иску утверждая, что он заслуживает большей доли роялти, которые принесло его изобретение.

Фундаментальная наука приносит свои плоды

Дилла рада видеть Нобелевскую премию, присужденную чему-то понятному публике. Но это не означает, что научные исследования должны быть направлены только на продукты, которые имеют очевидную коммерческую или практическую выгоду, сказал он.

«Меня беспокоят те, кто говорит, что если правительство финансирует исследования, оно должно быть только ... направлено на то, что имеет практическое применение», - сказала Дилла. «Проблема этого ограниченного взгляда состоит в том, что большая часть того, что в конечном итоге превратилось в практическое применение науки, возникла из довольно свободных фундаментальных исследований природы материи или того, как энергия взаимодействует с материей».

Например Знаменитая умопомрачительная теория Эйнштейна общей теории относительности может показаться далеким. Но игнорирование этого сделало бы навигацию с сегодняшними спутниками GPS "очень неточной".

«Вы можете проследить множество достижений в науке и технике, которые имеют очевидные и непосредственные практические применения в фундаменте фундаментальной науки», - сказал он.

Обновлено в 7:43 по тихоокеанскому времени с комментарием генерального директора Американского института физики Х. Фредерика Диллы.

Комментарии

Будете ли вы использовать свои настройки для оценки изображения или создавать звуковые эффекты и диалоги для ТВ и видеоигр?
Будете ли вы использовать свои настройки для оценки изображения или создавать звуковые эффекты и диалоги для ТВ и видеоигр? Вам нужно создавать полностью отшлифованные, напечатанные партитуры или иным образом предпочитать работать с музыкальными нотами и нотами? Планируете ли вы настроить высоту вокальных выступлений? Разработка ответов на эти вопросы заранее поможет вам сузить свой выбор.

Почему светодиод синего света занял почти 30 лет дольше, чем светодиод красного света?
Будете ли вы использовать свои настройки для оценки изображения или создавать звуковые эффекты и диалоги для ТВ и видеоигр?
Вам нужно создавать полностью отшлифованные, напечатанные партитуры или иным образом предпочитать работать с музыкальными нотами и нотами?
Планируете ли вы настроить высоту вокальных выступлений?