Ocenění
Nobelova cena za fyziku putuje k vynálezcům modré LED

Další letošní ocenění udělované na památku švédského vynálezce Alfreda Nobela dostanou Japonci Isamu Akasaki, Hiroshi Amano a Shuji Nakamura. Vynalezli diodu, která emituje modré světlo. K objevu dospěli v roce 1989. Modré diody doplnila dlouho známé diody červené a zelené. Jejich kombinací se dá vytvořit bílé světlo.

Tradiční žárovky svítí, poněvadž obsahují wolframové vlákno. Když jím prochází elektrický proud, rozžhaví se a začne zářit. Tento způsob svícení není ale účinný. Světlo se dá vyrobit i pomocí diody, součástky založené na rozhraní dvou typů polovodičů. Svítící diody se označují anglickou zkratkou LED (= light-emitting diode). Až do devadesátých let tohoto století bylo možné vyrábět jen červené a zelené. Bílé světlo je směs červené, zelené a modré barvy, takže se jen s červenou a zelenou nedalo vytvořit. Fyzikové se o konstrukci modré diody pokoušeli téměř třicet let.

Podařilo se to až Akasakimu, Amanovi a Nakamurovi. První dva vědci pracovali na začátku devadesátých let na Nagojské univerzitě. Třetí si vydělával na živobytí v malé firmě Nichia Chemicals. Vynález modré diody umožňuje velké úspory elektřiny. Na svícení spotřebovává lidstvo zhruba jednu čtvrtinu veškeré elektrické energie, kterou vyrábí.

Užitečný výzkum

Modrá LED také umožňuje zavádět osvětlení v oblastech, kde to až dosud nebylo možné, nebo výhodné. Menší spotřeba dovoluje napájet svítidla ze slabých zdrojů. Svítit teď půjde i v oblastech odkázaných jen na větrné a solární elektrárny. Nobelovská komise tvrdí ve své zprávě, že LED svítidla mají potenciál zvýšit kvalitu života až jedné a půl miliardy lidí. Spotřeba jejich nových typů navíc každý rok klesá, zatímco světelný tok (množství světelné energie za jednotku času), který dokážou vytvořit se zvyšuje.

Současný rekord je 300 lumenů na jeden watt energie. Klasická žárovka zvládne šestnáct, zářivka sedmdesát. LED mají delší životnost.

LED vydrží svítit okolo 100 000 hodin, zářivka 10 000 a obyčejná žárovka jen 1 000. Alfred Nobel dával za svého života přednost praktickým vynálezům před základním výzkumem, takže letošní ocenění by nejspíš vyhovovalo jeho vkusu.

Princip diody

Nejdůležitější složky všech diod jsou dvě vrstvy vrstev dvou různých materiálů. V jedné je nadbytek, ve druhé naopak nedostatek elektronů. Elektron má negativní elektrický náboj, proto se prvnímu typu polovodiče říká N. Oblastem s jejich nedostatkem ve druhém polovodiči se říká kladné (pozitivní) díry a polovodiči samotnému typ P. Když na takový polovodič vložíte elelktrické napětí vznikne zvláštní jev, takzvaný přechod P-N. Nadbytečné elektrony vytvoří páry s dírami. To má spoustu technických využití.

Přechod P-N může například propouštět proud jen jedním směrem, což se hodí při konstrukci základní součástky počítače, mikroprocesoru. V případě diod vzniká jako výsledek párování částice světla, foton.

Jakou bude mít světlo barvu, záleží na materiálu, z nějž se dioda skládá. Modrá dioda využívá nitrid galia. Tutu sloučeninu považovali vědci za nadějnou pro konstrukci diod o dvacet let dřív, než se to Akasakimu, Amanovi a Nakamurovi podařilo v podobě využitelné průmyslem. Práce s nitridem je ale složitá. Jeho krystaly se v laboratoři těžko pěstovaly.