LED argi urdinean oinarritutako argi-iturria asmatzeagatik, 2014ko Fisikako Nobel saria

Aurtengo saridunek bete-betean egiten dute bat Alfred Nobelek sariak sortzean lortu nahi izan zuenarekin: gizateriari onura handiena ekarri dieten asmakuntzak saritzea. Izan ere, goritasun-lanparek XX. mendea argitu bazuten, XXI. mendea LED argiena da. Eta, zehazki, argi urdina igortzen duten LED lanparena. Argi urdinik gabe ezin baita lanpara zuririk sortu.

Hiru hamarkada pasatu ziren lehenengo LED argiak sortu zirenetik LED urdinak sortu ziren arte. 1950eko eta 1960ko hamarkadetan zenbait ikerketa-taldek lortu zuten uhin-luzera desberdinetako LED argiak sortzea. Argi ikusgaiari dagokionez, 1960ko hamarkadaren bukaerarako mundu osoko fabrikatzaileek egiten zituzten LED berdeak eta gorriak, oinarrizko material gisa galio fosfuroa (GaP) erabilita. Material horrekin ez zuten lortzen, ordea, elektroiek igortzen duten energia argi urdinaren uhin-luzerakoa izatea. Izan ere, argi urdina sortzeko elektroiek gainditu behar duten energia-tarte debekatua oso handia izan behar du.

Azken batean, hori du oinarri argi-igorpenak: material erdieroaleek energia-tarte debekatu deritzon tarte bat dute balentzia-banden eta eroapen-banden artean, eta tarte horretan ezin da elektroirik egon. Elektroiek kanpotik jasotako eszitazio bati esker gainditzen dute tarte hori, eta jatorrizko energia-mailara itzultzean argia igortzen dute. Argi urdinaren kasuan, asko kosta zitzaien zientzialariei tarte handi hori duen materiala aurkitzea, sortzea eta modu eraginkorrean funtzionaraztea.

Akasaki eta Amano, batetik, eta Nakamura, bestetik

Nahiko hasieratik ikusi zuten galio nitruroa (GaN) hautagai egokia izan zitekeela, eta Philips ikerketa-laborategian, adibidez, oso kontuan hartu zuten 1950eko hamarkadaren bukaeran. Baina zailtasun handiak zituzten kristal hori fabrikatzeko. Estatu Batuetako laborategi askok egin zuten ahalegina 1960ko hamarkadan, baina gaindiezina zirudien material hori sortzeko zailtasuna. Isamu Akasaki 1974an hasi zen GaN aztertzen, eta 1981ean Hiroshi Amanorekin batera berrekin zion lanari. 1986an lortu zuten, azkenean kalitate handia eta propietate optiko egokiak zituen GaN kristalak sortzea. Shuji Nakamurak, bere aldetik, beste bide batetik sortu zituen material horren kristal egokiak.

Hurrengo urrats batean, LED diodoak berak sortzeko zailtasunak gainditu zituzten. Batetik, GaN-a zer atomorekin dopatu zehaztu zuten. Dopatzea esaten zaio jatorrizko material erdieroaleari bestelako ezpurutasun-atomoak gehitzeari, haren ezaugarri elektrikoak aldatzeko. Adibidez, Amanok eta Akasakik ikusi zuten zink-atomoz dopatuta, argi gehiago igortzen zuela galio nitruroak.Bide horretan ezinbesteko urrats gisa jotzen da bai Akasakiren bai Nakamuraren ikerketa-taldeek 1990eko hamarkadan egin zuten aurrerapena: AlGaN eta InGaN aleazioak sortu eta dopatu zituzten. Ezinbestekotzat jotzen dira haien bidez sortzen baita LED urdinen egitura.

Gaur egungo LEDek GaN-a dute oinarri, baina asko hobetu dira hasierako haiekin alderatuta, bai materialen fisikari dagokionez, bai kristalak sortzeari dagokionez, bai egitura aurreratuak sortzeari dagokionez, eta abar. Hala, eraginkortasun handiz bihurtzen du elektrizitatetik jasotako energia argi. Konparazio baterako, goritasun-lanparek 16 lumen ematen dituzte jasotzen duten watt bakoitzeko; hodi fluoreszenteek, 70, eta LED zuriak, berriz, 300 baino gehiagora irits daitezke.

Historian sortu diren lanpara-moten eraginkortasuna: igorritako lumen-kopurua kontsumitutako watt bakoitzeko. Arg. Ilustrazioa: copyright Johan Jarnestad/Suediako Zientzien Errege Akademia

Gaur egun, LED lanparetan, igorritako izpi urdinek fosforoa eszitatzen dute, eta, hala, argi urdina zuri bihurtzen da. Badirudi, dena den, hiru koloretako LEDen konbinaziotik jo dezakeela teknologia horrek etorkizun hurbilean. LED gorriak, berdeak eta urdinak gailu berean konbinatuz gero, argi zuria lortzen baita.

Argiztapenerako energia-kontsumo osoaren % 20-30 bideratzen dugunez, eta LEDetan oinarritutako argi-iturriek hamar aldiz energia gutxiago kontsumitzen dutenez, LED urdinak erabiltzeak aukera emango du energia nabarmen aurrezteko, gizateriaren onerako.