Ev- ofis aydınlatmaları ve elektronik eşyaların çalışması için esas olan enerji verimli mavi ışık yayan diyotların (LED) keşfi fizik alanında üç bilim adamına 2014 Nobel Ödülü’nü kazandırdı. Japonya’daki Meijo ve Nagoya Üniversitesi’nden Isamu Akasaki, yine Nagoya Üniversitesi’nden Hiroshi Amano ve Santa Barbara’daki Kaliforniya Üniversitesi’nden Shuji Nakamura 1.1 milyon dolar değerindeki ödülü paylaştılar.
Rensselaer Politeknik Enstitüsü’nden elektrik mühendisi Fred Schubert konuyla ilgili şöyle konuşuyor: “Eğer bizler bu teknolojiye şöyle bir bakarsak önce bir transistör ve birleştirilmiş bir devre ve sonra da mavi LED’i görürüz.”
Mavi LED, şu anda hızlı bir şekilde akkor flamanlı lambalarla değiştirilen beyaz LED lambalar için çok önemli bir içerik. Edison’ın klasik keşfi, beyaza benzeyen renkler dizisinin içinde ışık yayan bir lamba teli kullanır. Ancak bu şekilde, ışığı ortaya çıkartmaktan daha çok, lamba telini ısıtmak için çok fazla elektrik harcanır.
LED’ler enerji verimlidir çünkü fotonları ortaya çıkartmak için elektronları kullanırlar. LED’ler yarı iletkenlerin katmanlarından yapılmıştır, materyalleri ise bilgisayarların çiplerine benzerlik gösterir. Bazı katmanlar elektron fazlasına sahipken bazıları elektron açısından yoksundur. Böylelikle, elektronların olması gerektiği, pozitif olarak şarj edilmiş deliklerin ortaya çıkışı sağlanır. Belli bir bölgede elektronları ve delikleri birleştirerek ışık yayarlar.
1962 yılında General Elektrik’ten Nick Holonyak, tesadüfi bir şekilde görünebilir ışığı yaymak için ilk yarı iletken diyodu keşfetti. Laboratuvarında ışıkları kapattığında “galyum arsenit fosfat bileşiği” örneğinin kırmızı olarak parladığını gördü. İşte bu andan itibaren günümüze kadar bilim adamları sürekli olarak kırmızı ve yeşil ışık yayan LED’ler geliştirdiler. Beyaz dahil diğer renklerin çeşitliliğini yaratmak için çok önemli olan maviye ulaşmak ise adeta bir meydan okumaydı. Mavi ışık, görünebilir spektrumun yüksek, uç enerji noktasıdır. Böylesi yüksek enerjiye sahip bir ışığı yayacak elektronları ortaya çıkaracak materyaller ise fazla bulunmuyor.
1980’lerin sonunda o dönem öğrenci olan Amano, mavi parlaklık araştırmasında galyum nitrat adı verilen bir yarı iletken üzerine çalışıyordu. Kağıt üzerinde galyum nitrat diğer kimyasallarla karıştırılabiliyor ve mavi ışık yayma kapasitesine sahip oluyordu. Ancak düzinelerce mühendis, bunu gerekleştirmeyi denemelerine rağmen, sağlam bir “elektron-yetersiz katmanı” olan, yüksek kalitede galyum nitrat kristali geliştirmekte başarısız oldu. 1986’da Akasaki ve Amano galyum nitratı üzerinde oluşturabilecekleri safir bir temel kullandı. Sonra tıpkı Holonyak gibi kazara büyük bir keşifte bulundular: Elektron yetersiz bir katman yaratmanın neden bu kadar zor olduğunu anlayabilmek için bir elektron mikroskobu altında çalışırken o katmanın gözlerinin önünde oluştuğunu gördüler.
Aynı zamanda Tokushima’da bir kimyasal mühendislik şirketi olan Nichia Chemicals’da çalışan Nakamura, yüksek kalite galyum nitrat yaratmak için kendi metodunu geliştirdi. Nakamura aynı zamanda Akasaki ve Amano’nun mikroskop gözleminin arkasındaki mekanizmayı da keşfetti. 1990’ların başında ise basit ve ekonomik bir şekilde mavi LED’ler üreten bir metot buldu.
Nakamura’nın keşfi bir anlaşmazlığı da beraberinde getirdi. Nichia, Nakamura’ya mavi LED’lerin peşinden gitmemesini söylediği halde keşfi için kendisine yaklaşık 200 dolar ödedi. Camridge Üniversitesi’nden bilim adamı Colin Humphreys’e göre, Nakamura gece geç bir vakitte araştırmasını gerçekleştirmek adına laboratuvara geldi. Daha sonra Nakamura şirketi dava etti ve yaklaşık 8.1 milyon dolara karşılıklı olarak anlaşmaya vardılar.
Araştırmacıların bu keşfi CD’lerin altı çağı sırasında ve DVD’lerin keşfinden hemen önce yapıldı. Bu yüzden ilk uygulama mavi lazerlerin geliştirilmesi alanındaydı. Sonraki uygulamalar yüksek kapasite blu-ray diskler ve daha özellikli lazer yazıcılar oldu. 1996’da Nichia mühendislerinden Yoshinori Shimizu, beyaz ışık yayan bir devre yaratmak için mavi LED’leri fosfor adı verilen sarımsı bir kaplamayla birleştirdi. Şu anda beyaz LED lambalar, 100.000 saate kadar dayanabilirken akkor flamanlı lambalar ise sadece 1000 saat ömre sahipler.
Mavi LED temelli teknoloji bugün 15 milyar dolarlık endüstrisi ile her yerde bulunuyor. Ev aydınlatmaları, sokaklar ve ofislerin yanı sıra LED’ler birçok elektronik cihazda arka plan ışığı olarak da hizmet veriyor. Örneğin enerji verimli televizyonlarda enerjiden tasarruf sağlıyor, laptop ve akıllı telefonlarda ise daha uzun süre batarya kullanım imkanı tanıyor.
İsveç Royal Akademisi’ndeki nobel komitesi genellikle teoriler ya da yeni fizik fenomeniyle ilgili incelemeler adına ödüller verir. Ancak bu sefer jüri araştırmaya etki eden büyük resmi düşünerek karar verdi. İsviçre’deki Linköping Üniversitesi’nden Fizisyen Olle Inganäs yapılan basın açıklamasında şunları ifade etti: “Alfred Nobel, ödülünün insanlığın yararına icatlar geliştiren mucitlere verilmesini isterdi. Bizim bugün vurguladığımız şey bu keşfin insanlık yararına kullanılabilirliği ile ilgili.”
Komite, enerji verimli LED’lerin dünya çapında elektriksel sisteme erişimi olmayan 1.5 milyar insana ışığı ulaştırmada yardımcı olabileceğini de özellikle belirtti. Humphrey sözlerine şöye devam etti: “ Şu anda var olan aydınlatmaları LED’lerle değiştirebilirsek kullanılan elektriğin yarısını tasarruf edebiliriz.”
Haber kaynağı: https://www.sciencenews.org/article/blue-leds-win-nobel-prize-physics