Из чего всё сделано? Рассказы о веществе

Спустя сорок лет светодиоды уже вовсю мигали красными и жёлтыми огоньками на разных пультах управления и в световых индикаторах. Одно плохо — не было светодиодов синего, зелёного и белого света. И ждать их создания, по меркам нашего времени бурного технического прогресса, пришлось довольно долго.

Лишь в 1990 году профессор Сюдзи Накамура придумал, как выращивать тончайшие и безупречные по качеству плёнки из вещества под названием нитрид галлия (состоит из атомов галлия и азота). Чем тоньше такая плёнка, чем меньше в ней дефектов, тем ярче и чище свет она дает.

А потом из таких плёнок, начинённых добавками индия, С. Накамура сумел приготовить слоёный пирог, который физики называют гетероструктурой. Кстати, одним из первых такие структуры получил российский физик Жорес Иванович Алфёров, за что в 2000 году ему присудили Нобелевскую премию по физике. И оказалось, что в зависимости от чередования слоёв, такой «пирог» при прохождении тока дает яркий синий или зелёный свет. А когда С. Накамура нанёс на синий светодиод тонкий слой фосфора, диод засветился ярким белым светом. С тех пор вся светодиодная «радуга» была в сборе.

Синий светодиод сравним по размеру со спичечной головкой

Профессор Сюдзи Накамура в 2006 году получил премию «Миллениум» (миллион евро) за создание синих и белых светодиодов. В руках он держит указку, работающую на синем светодиоде

Светодиоды всех цветов уже несут свет человечеству в панелях автомобилей, самолётов и бытовых приборов, в светофорах и уличных фонарях, в больших рекламных уличных экранах и ёлочных гирляндах, во вспышках камер и мобильных телефонов. Вот и мой ноутбук подмигивает мне ярко-синими и зелёными светодиодами, напоминая о профессоре Накамуре и нашей с ним встрече.

Случилась она в 2006 году, когда С. Накамуре вручали премию «Миллениум» размером в миллион евро. Эту международную премию присуждают каждые два года. Предыдущим лауреатом был англичанин Тим Берненс-Ли, создатель Всемирной паутины — Интернета. Вообще, эта премия предназначена тем учёным, кто создал технологии, изменившие жизнь человечества к лучшему. На церемонии награждения, которая проходила в Хельсинки, мы познакомились, и у меня была возможность поговорить с профессором.

Прежде всего я поинтересовалась, знает ли он, что идея светодиодов родилась в России, в лаборатории Лосева. Оказалось, что профессор ничего не знает об этом. Он с интересом выслушал мой рассказ и поблагодарил за это «открытие». А потом, в конце разговора, я поинтересовалась, почему он выбрал профессию учёного. И выяснилось, что все дело в комиксах! «Когда мне было десять-двенадцать лет, я читал комиксы, которые назывались «Астробой», — рассказал С.Накамура. — Астробой — это такой робот, которого сконструировал учёный, доктор Отяномицу для борьбы с плохими мальчишками и тёмными силами. И вот тогда я очень захотел стать таким же учёным, как Отяномицу, чтобы делать таких же роботов для борьбы со злом».

Не знаю, сколь успешна борьба профессора Накамуры со злом, но вот его белые светодиоды побеждают сегодня лампы накаливания по всем статьям. Они работают в сто раз дольше обычной лампы накаливания, которая быстро перегорает. Они не содержат никаких подвижных частей, стекла, нитей накаливания. Они маленькие — стандартный размер пять миллиметров, и для работы им требуется всего лишь батарейка в три вольта (значит, они могут питаться от солнечных батарей). Они не греются и не содержат никаких токсичных компонентов вроде ртути. А главное, они преобразуют электричество в свет с 90%-ной эффективностью в отличие от ламп накаливания, у которых коэффициент полезного действия, как у паровоза, — пять процентов.

В США планируют к 2020 году полностью заменить обычные лампы накаливания на светодиоды. Это должно принести колоссальную экономию электроэнергии. Значит, уменьшатся потребление нефти, компоненты которой сжигают на тепловых электростанциях, чтобы получить электричество, и выбросы диоксида углерода в атмосферу, который образуется при сжигании топлива. А в основе всего лежат относительно простые вещества, получаемые из минералов, взятых в земле.