Все две недели мы будем следить за решениями Нобелевского комитета и публиковать комментарии наших авторов о лауреатах премии 2014 года и их вкладе в мировую науку. Следите за обновлениями!
Физика
Нобелевская премия по физике 2014 года досталась ученым Исаму Акасаки (Япония), Хироси Амано (Япония) и Сюдзи Накамуре (США). Как объявил Нобелевский комитет, награда вручена «за изобретение эффективных синих светодиодов, обеспечивающих яркие и энергосберегающие источники белого света».
Светоизлучающие диоды известны давно, мы используем их повсеместно — в научных и бытовых приборах в качестве индикаторов, в машинах, телевизорах и во многом другом. Не так давно синих светодиодов просто не было. Были красные, были зеленые, но именно синих не существовало. Их появление сильно изменило весь мир светодиодов. Прежде всего появились белые светодиоды. А затем они стали мощными. Появление белых светодиодов открыло путь для использования их в освещении. Появились новые фонарики, новые лампы, новые фары. Причем мощными стали не только белые, но отдельные цвета светодиодов, в том числе те, что существовали до синих. Возможность делать любой цвет дала сильный толчок индустрии в целом.
Но на этом история не закончилась. Вслед за синими светодиодами появились синие диодные лазеры — изобретение тех же ученых. Благодаря более короткой длины волны излучения появилась возможность большей плотности записи, появилась технология blue ray.
Полупроводниковые лазеры — это особый вид лазеров. Почти по всем характеристикам они хуже своих твердотельных аналогов, но дешевле. Красные полупроводниковые лазеры давно уже протоптали себе дорогу в область точных измерений и спектроскопии, а появление синих упростило доступ в широкий диапазон важных для исследователей длин волн. Синие лазеры активно используется в лазерном охлаждении атомом и йонов, прецизионных измерениях, разработке квантовых вычислений и биологических исследованиях. И сегодня многие из этих лазеров становятся полупроводниковыми. А развитие науки помогло справиться со многими недостатками полупроводниковых лазеров. Сегодня во многих лабораториях полупроводниковые лазеры привязанные к стабильным резонаторам не уступают своим твердотельным аналогам. Ученые получили новый мощный инструмент, который позволит им пробиться к новым вершинам, а люди получили новые экономичные источники света. Можно не сомневаться, что использование как синих лазеров, так и диодов будет только расти.
Проблема твердотельных синих источников света давно стояла перед многими лабораториями. Источники других цветов были получены давно, но источник синего долгое время не удавалось получить. И только в начале 90-х случится прорыв, был найден материал нитрид галлия (GaN), использовать который в чистом виде стали в своих разработках Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура.
Белый цвет получается смешением трех цветов: красного, зеленого и синего. Для этого необходимо иметь все 3 цвета, но синего как раз не хватало. Еще одна особенность синего цвета заключается в том, что из него можно получить любой другой. Из красного и зеленого такое сделать нельзя, поскольку синий свет обладает наиболее короткой длиной волны. Из коротковолнового излучения можно достаточно легко получить длинноволновый свет. Поэтому если есть синий светодиод, то можно получить любые цвета, в том числе и белое освещение. Это действительно революция в источниках освещения.
Емкость компактных дисков фундаментально ограничена длиной волны света, который используется для записи информации. Чем короче длина волны, тем меньшую точку, соответствующую одному биту информации, можно поставить на диск. Соответственно, если уменьшить длину волны, то на ту же болванку можно поместить существенно больше информации. Технология Blu-ray Disc как раз основана на синих диодах, которые позволяют улучшить и качество, и объем информации, которую можно разместить на единицу площади.
Еще одним направлением применения изобретения Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамуры является освещение. Все светодиодные фонарики, проекторы, которые появились в последнее время, как раз сделаны именно на таких синих диодах. У светодиода эффективность преобразования электричества в свет намного выше, чем у других источников, то есть у ламп накаливания и люминесцентных ламп. Поэтому, используя эту технологию, можно тратить намного меньше энергии. Пока с точки зрения коммерческого успеха такие источники являются достаточно дорогими, они на порядок выше ценой, чем обычная лампа. Но их стоимость каждый год снижется, и, по всей видимости, это станет коммерчески оправданным решением проблемы энергосбережения. Светодиоды более долговечны по сравнению с лампами, их ресурс составляет десятки тысяч часов. Они могут служить десятки лет, и, несмотря на более высокую цену, он будет светить, когда обычная лампа перегорит.
