Čtvrtek 2. února 2023, svátek má Nela
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Čtvrtek 2. února 2023 Nela

Nobelovu cenu za fyziku získali objevitelé modrých diod

  11:53aktualizováno  12:56
Letošními nositeli nejslavnější vědecké ceny za fyziku se stali tři japonští vědci, kteří stáli u zrodu modrých světelných diod (LED).

Nobelova cena za fyziku 2014 byla udělena za objev modrých LED diod. | foto: pracoviště vědcůProfimedia.cz

Cenu rovným dílem získali Japonci Isamu Akasaki, Hiroshi Amano a Shuji Nakamura. První dva zmínění vědci stále působí v Japonsku, Nakamura odešel za poměrně dramatických okolností na přelomu tisíciletí do USA, když se dostal do vleklého právního sporu se svým zaměstnavatelem.

Na začátku 90. let jejich práce vedla k vytvoření fungující světelné diody vydávající modré světlo. Kombinací s již dříve existující technologií zelených a červených diod se tak poprvé naskytla možnost vytvořit bílé LED světlo. Tento objev spustil zásadní technologickou změnu, kterou dnes můžeme vidět prakticky na každém kroku.

20 let „marné“ snahy

Práce všech vědců je spojena především s jedním materiálem: nitridem gallia (GaN). To je krystalický polovodičový materiál, který je základem modrých svítivých diod. Práce s ním byla nezbytná, protože materiály používané pro diody s červeným a zeleným světlem (hlavně sloučeniny gallia, arzénu a fosforu) nešlo totiž upravit tak, aby vydávaly modré světlo.

Jak je to s „ledkou“

LED (anglická zkratka Light-Emitting Diode – dioda emitující světlo) je polovodičová elektronická součástka, jejíž vlastností je schopnost vyzařovat světlo, případně infračervené nebo ultrafialové záření. Tím se liší od standardních diod.

Diody LED se používají v mnoha zařízeních pro světelnou signalizaci (kontrolky, displeje) a stále častěji pro osvětlování. Jde o elektronickou polovodičovou součástku obsahující přechod P-N.

Oficiální český název je elektroluminiscenční dioda. Dále se možno setkat s pojmenováními jako světelná diodasvítivá dioda, ojediněle svítivka. Slangově se nazývá ledka.

Zdroj: Wikipedia

Krystalická struktura GaN byla popsána už roku 1937 a na začátku 70. let se z něj podařilo vyrobit jednoduchou modrou diodu. Pak ovšem přišly potíže. Zjistilo se, že materiál se nedaří připravit v dostatečné kvalitě. Velké firmy, které se o vývoj diod snažily, svou snahu jedna po druhé vzdávaly.

Jedním z mála, kteří vydrželi, byl jeden z letošních oceněných, Isumu Akasaki z Nagojské univerzity, který se dvě desítky let věnoval zdolávání technologických potíží spojených právě s vytvářením vhodných GaN vrstev. Fyzik Jan Valenta se v časopise Vesmír svého času obdivoval tomu, jak Akasaki dokázal po tak dlouho dobu shánět peníze na zdánlivě beznadějný výzkum, ale to je možná dané stabilní, někdy až strnulou strukturou japonského výzkumu a jeho financování.

Akasakimu se sice nepodařilo vyřešit všechny problémy, ale publikace jeho týmu, ve kterém byl i Hiroshi Amano, pomohly připravit cestu dalšímu letošnímu laureátovi Shuji Nakamurovi z firmy Nichia Chemicals. Ten dokázal světu představit zářivě jasnou modrou diodou (1993) a později také polovodičový laser (1995). Obojí bylo vytvořeno na základě složitého sendviče GaN „obohaceného“ o stopové množství dalších prvků (v daném případě india a hliníku). Také Nakamura projevil značnou tvrdohlavost: vedení firmy jeho projekty dlouho podporovalo, ale v případě modrých diod mu v podstatě nařídilo, aby snahu vzdal. Výzkumník ovšem rozhodnutí ignoroval a v podstatě sám (výzkumné oddělení sestávalo ze čtyř lidí, a to včetně Nakamurova šéfa) nakonec dotáhl výzkum ke zdárnému konci.

Nakamura za vytvoření modré diody získal finanční prémii ve výši odpovídající zhruba 180 dolarům. V roce 2001, když už bylo naprosto nepochybné, jak velkou změnu technologie znamená, zažaloval svého bývalého zaměstnavatele o adekvátní náhradu. Soud to zamítl, ale v roce 2005 se obě strany dohodly na odměně ve výši přes 9 milionů (dnešních) dolarů. Proces mimo jiné zdůraznil, že vynálezci mají nárok na adekvátní odměnu za svůj objev a podíl z jeho celkového přínosu společnosti, i když jsou „jen“ zaměstnanci své firmy.

Laureáti Nobelovy ceny za fyziku 2014 za objev modrých LED diod. Zleva: Japonci Isamu Akasaki, Hiroši Amano a Američan Šudži Nakamura.

LED - vrchol řetěžce

Díky práci tří letošních nobelistů mohly svítící diody naplno předvést své výhody proti jiným druhům osvětlení: mají vyšší účinnost, malé rozměry a vlastnosti produkovaného světla lze snadno měnit a ovládat.

Klasické žárovky (správně „tepelné zářiče“) dosahují účinnosti přeměny elektrické energie na světelnou pouze kolem 20 lumenů na watt (lm/W). Zářivky (tedy fluorescenční lampy) mají už účinnost několikrát vyšší (cca 80 lm/W), ale zato vyžadují složitý napájecí zdroj, jinak velmi trpí jejich životnost. Svítící diody dosahují účinnosti zářivek (a mají potenciál je výrazně překonat), ale přitom mají jednoduché napájení, dlouhou životnost a nízkou výrobní cenu.

LED technologie se blíží teoretickému fyzikálnímu limitu v osvětlování vůbec (zjednodušeně řečeno tedy hranici, kdy za jeden elektron do „žárovky“ získáte jednu částici světla, tedy jeden foton). V současné době je účinnost kolem 50 procent teoretického maxima, takže prostor ke zlepšení není příliš velký.

Neznamená to, že se technologie nemůže dále vyvíjet. V posledních letech se stále mírně zvyšuje účinnost a především snižuje cena. Také dochází k dílčím posunům: dnes například řada „bílých“ diod jsou ve skutečnosti jasně modré diody opatřené tenkou vrstvou fosforu. Část modrého světla se v ní mění na žluté světlo, a tak vzniká ve výsledku bílá. Podle množství fosforu lze vytvářet odlišné barevné tóny. Do budoucna (tedy hlavně s dalším poklesem ceny) by mohl zcela převládnout druhý způsob vytváření bílého světla složením tří diod (modré, zelené, červené), který umožňuje teplotu světla měnit přímo během provozu.

Loňský nobelista měl slavit v Praze

V loňském roce bylo udělení Nobelovy ceny za fyziku spojeno se zřejmě nejvýznamnějším fyzikálním objevem posledních několika let. Za podíl na objevu subatomární částice zvané Higgsův boson ji získali Brit Peter Higgs a Belgičan Francois Englert.

Existenci Higgsova bosonu sice až v roce 2013 potvrdily experimenty v obřím urychlovači Evropské organizace pro jaderný výzkum (CERN), ale její existenci v 60.letech teoreticky předpovědělo hned několik vědeckých prací. Vzhledem k podmínkám udělování Nobelových cen kolektiv z CERNu jako takový cenu dostat nemůže (musí se udělit jednotlivcům). A vybrat z několika tisíc fyziků pracujících na projektu nějakého jednotlivce je mírně řečeno obtížné.

Vybíralo se tedy z teoretiků. Existenci tzv. Higgsova pole a jeho částice, tedy Higgsova bosonu, poprvé předpověděli teoretičtí fyzikové v několika po sobě rychle následujících článcích, uveřejněných během druhé poloviny roku 1964 (v časopisech Physical Review Letters a Physics Letters). Pod jednou studií byli podepsáni Francois Englert a Robert Brout, pod další Peter Higgs. Své želízko v ohni měli také Gerald Guralnik, Carl Hagen a Tom Kibble. Všichni byli kandidáty, tedy s výjimkou Roberta Brouta, který bohužel zemřel.

Nakonec se však ukázal jako správný tip agentury Reuters na základě počtu citací, že cenu si rozdělí právě 84letý Higgs a belgický teoretický fyzik François Englert. Kromě prestižní medaile a diplomu si dohromady odnesli i osm milionů švédských korun (téměř 24 milionů korun).

Peter Higgs měl v pondělí 6. října přiletět do Prahy, v úterý měl být na tiskové konferenci a ve středu mít přednášku pro veřejnost v Kongresovém centru v rámci konference „Evropský den vědy“. Bohužel onemocněl a návštěva byla na poslední chvíli zrušena.

Autor:
  • Nejčtenější

Kometa, která se po 50 tisících letech vrací k Zemi, je vidět pouhým okem

Kometa s názvem C/2022 E3, či ZTF, se tento týden na své cestě Sluneční soustavou dostane k Zemi nejblíže. Pro...

Až dostaneme západní tanky, Rusové budou zase utíkat, říkají vojáci

Exkluzivně V těchto dnech se s napětím očekává rozhodnutí ve věci poskytnutí německých tanků Leopard 2 obráncům Ukrajiny, kteří...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

ANALÝZA: Západní tanky mají ničení těch ruských v rodném listě

Ukrajinská armáda získá díky západní pomoci moderní tanky a obrněné transportéry standardů NATO. Zatímco na bojišti...

Kapitán letadla měl infarkt. Tragicky havarovalo v poli za Londýnem

Jednu z nejhorších leteckých katastrof zapříčinil infarkt kapitána letadla Trident společnosti British European...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

KVÍZ: Postavte se k tomu čelem. Letadla nikdy neomrzí

Úkolem následujícího kvízu je poznat typ letadla na fotografii z čelního pohledu. I když kvíz řada čtenářů magazínu...

Láska je evoluční finta, zamilovanost porucha emocí, říká psycholog Klimeš

Premium Láska je mocná emoce a bezesporu ta nejhezčí. A má hodně podob, které člověka nutí dělat různé věci. Mozkové okruhy...

Ruská lež je ohromná zbraň. Proč je Putin stále oblíbený, líčí reportér Karas

Premium Býval nejdéle sloužícím zahraničním zpravodajem České televize. V Polsku, v Rusku i na Ukrajině strávil Miroslav Karas...

Přání bank je vyslyšeno. Za předčasné splacení hypotéky si lidé připlatí

Premium Pravidla pro předčasné splacení hypotéky se změní. Banky si budou moci účtovat nejen administrativní náklady v...

Kometa, která se po 50 tisících letech vrací k Zemi, je vidět pouhým okem

Kometa s názvem C/2022 E3, či ZTF, se tento týden na své cestě Sluneční soustavou dostane k Zemi nejblíže. Pro...

Webbův teleskop objevil svou první exoplanetu. Je velká jako Země

Vesmírný teleskop Jamese Webba zachytil planetu, které leží v soustavě vzdálené asi 41 světelných let. Podobně jako u...

Tragédie raketoplánu Columbia připomněla, jak jsou lety do vesmíru rizikové

Jen minuty dělily 1. února 2003 americký raketoplán Columbia od bezpečného návratu na Zemi. V důsledku poškození...

NASA se bojí výbuchu Starship. SpaceX tak připraví další rampu pro Crew Dragon

Floridská odpalovací rampa LC-39A je v současnosti jediná, odkud SpaceX může provádět starty kosmické lodi Crew Dragon...

Prosázel a propil 7 milionů korun. Prodal jsem i Českého lva, říká Vondráček

Televizní reportér, novinář a režisér David Vondráček (59) prohrál za celý svůj život v hazardu sedm milionů korun....

Františka Ringo Čecha odvezli do nemocnice. Podle syna měl mrtvici

František Ringo Čech (79) byl v neděli večer podle zdrojů CNN Prima NEWS převezen do pražské Nemocnice Na Homolce....

Žena vypadá jako holčička, lidé zaměňují jejího manžela za tatínka

Třicetiletá Carolyn Fulltzová z USA už je trojnásobnou maminkou, ale stále vypadá jako malá holka. Její o tři roky...

Zemřela herečka Annie Werschingová, královna Borgů i Tess z The Last of Us

V pouhých pětačtyřiceti letech zemřela americká herečka Annie Werschingová. Televizní diváci ji znali jako agentku...

Jágrova expřítelkyně Kopřivová přiznala krizi: Nevím, co bude dál

Ještě nedávno prožívala bývalá modelka Veronika Kopřivová (31) s manželem Miroslavem Dubovickým (31) a jejich roční...