Arxiu del dimecres, 8/10/2014

Nobel de física: LED blaus per il·luminar el segle XXI

dimecres, 8/10/2014

Els humans hem buscat maneres d’il·luminar la foscor des de sempre. Uns dels primers sistemes que ja tenien una certa sofisticació van ser les llànties d’oli dels temps antics. Després hem anat fent servir diferents sistemes que al final sempre consistien en fer cremar alguna cosa i aprofitar la flama per il·luminar. La cosa va canviar quan es van inventar les bombetes elèctriques. Ja no hi havia una flama sinó un fil incandescent. I posteriorment encara va millorar més amb els tubs fluorescents. Amb ells el que fèiem era activar les molècules d’un gas que també emetia llum. Però el pas final va ser la il·luminació per LED, la tecnologia que ha guanyat el Premi Nobel de física d’aquest any.

El LED (Light Emitting Diode) o díode emissor de llum és el sistema més eficient que ens hem empescat fins ara. La eficiència la mesurem dividint la quantitat de llum generada (en lumens) per la quantitat d’energia emprada (en watts). La vella llàntia d’oli tenia una eficiència de 0,1, una bombeta elèctrica la té de 16. Un fluorescent arriba als 70 i un llum LED els supera tots de llarg, arribant als 300 lm/W.

La gràcia és que tots els altres sistemes escalfen materials fins temperatures que emeten molta calor i una mica de llum, però el LED no. El LED converteix directament l’energia elèctrica que apliquem en llum, de manera que l’eficiència es dispara.

El sistema funciona fent que els electrons d’una capa de material que en té en excés “caiguin” a una altra capa on hi ha un dèficit d’electrons. En fer-ho, perden una mica d’energia que emeten en forma de llum.  Segons els materials triats els electrons tindran més o menys energia i emetran llum d’un color o un altre. Els primers LED es van fabricar a principis del segle vint i eren vermells o verds. Però els que emetien llum de color blau, de menor longitud d’ona i per tant de major energia, es van resistir fins fa unes poques dècades.

Era important perquè combinant llum verda, vermella i blava podem generar la llum blanca i, de fet, tots els colors. Per tant, per aconseguir sistemes útils d’il·luminació eren imprescindibles els LED blaus. Calia trobar el material correcte i tractar-lo de la manera adient i això és el que van aconseguir en Isamu Akasaki i lHiroshi Amano d’una banda i en Shuji Nakamura per una altra, quan van triar el nitrur de gal·li per treballar. L’altre material prometedor era el seleniür de zinc.

La gràcia era trobar la manera de preparar els cristalls de nitrur de gal·li. Per coses d’aquelles de l’atzar van veure que el seu material funcionava molt millor quan l’analitzaven amb un microscopi electrònic. La gràcia era que el feix d’electrons que emet el microscopi facilitava la creació de la capa que volien fabricar. Estrictament, eliminava els àtoms d’hidrogen que interferien el procés.

El cas és que se’n van sortir i des dels anys 90 que ja tenim tot el ventall de llums LED necessàries per generar llum blanca i per il·luminar el segle XXI d’una manera molt més eficient de com ho hem fet mai. Però no només això ja que les aplicacions dels LED son incomptables. Des de pantalles de qualsevol tipus fins LED que emeten en ultraviolat i que es fan servir per esterilitzar materials.