Nobel-díjat ért a fénytani felfedezés

Három japán kutató kapta a fizikai Nobel-díjat.

A bizottság indoklása szerint a három tudós 20 évvel ezelőtt felfedezett egy energiatakarékos és környezetbarát fényforrást, amellyel teljesen új módon nyerhető fehér fény. A kékfény-kibocsátó félvezető dióda megalkotásával a három tudós alapjaiban alakította át a világítási technológiát. A vörös- és a zöldfény-kibocsátó diódák már sokkal korábban léteztek, ám a kutatói szféra és az ipar minden erőfeszítése ellenére három évtizeden át váratott magára a kékfény-kibocsátó diódák megalkotása. E nélkül pedig lehetetlen volt a fehér fényt kibocsátó lámpák megalkotása.

Akaszaki Iszamu, Amano Hirosi és az 1990-es évek vége óta az Egyesült Államokban kutató és amerikai állampolgár Nakamura Sudzsi (Shuji Nakamura) forradalmi újításainak köszönhetően megszülettek a kékfény-kibocsátó diódák, és lehetővé vált a három monokromatikus fényforrás (a vörös, a zöld és a kék) segítségével fehér fényt előállítani. „Míg az izzólámpák a XX. század fényforrásai voltak, a XXI. századot a LED-es lámpák árasztják el fénnyel” – mutat rá a közlemény.

A ragyogó fehér fényt kibocsátó LED-es lámpák a leghosszabb élettartamú és a leginkább energiatakarékos fényforrások. A legújabb diódák fényhasznosítása (a fényáram és fényforrás által felvett teljesítmény hányadosa) eléri a 300 lumen/wattot. Ez 16 izzólámpa vagy 70 fluoreszcens lámpa fényhasznosításával egyenértékű. Mivel a világ villamosenergia-felhasználásának negyedét világításra fordítják, a LED-es lámpák elterjedése segít megóvni a Föld erőforrásait, nem beszélve arról, hogy míg egy fehérfény-kibocsátó dióda élettartama eléri a 100 ezer órát, a lumineszcens fényforrások 10 ezer órán át működnek, az izzólámpák élettartama pedig mindössze ezer óra.

A kékfény-kibocsátó diódák feltalálása 1,5 milliárd ember életkörülményeit javította a világ olyan térségeiben, ahol villamosenergia-hálózati lefedettség híján kis teljesítményű helyi napkollektorokkal is működtethetők az energiatakarékos LED-es lámpák.

A fiatal tudósoknak szóló tanáccsal szolgált Akaszaki Iszamu, az idei fizikai Nobel-díj egyik kitüntetettje a Svéd Királyi Tudományos Akadémia keddi bejelentése után tartott nagojai sajtótájékoztatóján, amelyen azt javasolta a feltörekvő tudósnemzedék tagjainak, hogy ne kövessék a divatot, és arra összpontosítsák kutatásaikat, amiben hisznek, akkor is, ha nem érnek el hamar eredményeket.

A 75 éves kutató a kék LED kifejlesztéséért két másik, nála jóval fiatalabb kutatóval, a japán Amano Hirosival és a japán–amerikai Nakamura Sudzsival (Shuji Nakamurával) együtt részesül a legmagasabb tudományos elismerésben.

A Meidzso Egyetem és a Nagojai Egyetem idős tudósa köszönetet mondott kollégáinak, és hangsúlyozta, hogy nem egyedül tette a díjat érdemlő felfedezést. Visszaemlékezett arra, hogy sokszor azt mondták neki, kutatásai nem fognak eredményre vezetni a XX. században. „De én soha nem éreztem így. Csak csináltam, amit jónak láttam” – mondta, hozzátéve, hogy hatvan éve végez a fénnyel kapcsolatos kutatásokat.

Nakamura, akit élőben kapcsoltak a stockholmi sajtótájékoztatóra, annyit mondott, hihetetlen számára, hogy Nobel-díjjal tüntetik ki. A Kaliforniai Egyetem Santa Barbara-i intézményének munkatársát – aki bár Japánban született, egy ideje már amerikai állampolgár – helyi idő szerint az éjszaka közepén ébresztették a jó hírrel a svéd fővárosból.

Az egyetem által később kiadott közleményben Nakamura megtisztelőnek nevezte a díjat. „Nagy megelégedéssel tölt el, hogy a LED-világításról szőtt álmom valósággá vált” – fogalmazott. „Remélem, hogy az energiatakarékos LED-izzó világszerte hozzájárulnak az energiafelhasználás és a világítás költségeinek csökkentéséhez” – tette hozzá.

Akaszaki Iszamu 1929. január 30-án született Csiranban. 1952-ben a Kiotói Egyetemen diplomázott, 1964-ben a Nagojai Egyetemen doktorált. A nagojai Meidzso Egyetem tanára. A LED-technológiát az 1960-as évek óta kutatja. 2009-ben megkapta a rangos Kiotó-díjat.

Amano Hirosi 1960. szeptember 11-én született Hamamacuban. Tanulmányait a Nagoja Egyetemen végezte, 1992-ig az intézmény kutatója volt, aztán a Meidzso Egyetemen kezdett tanítani. 2010-ben visszatért a Nagojai Egyetemre. 1982-ben kezdett Akaszaki Iszamu mellett dolgozni.

Nakamura Sudzsi 1954. május 22-én született Ikatában. Tanulmányait a Tokusimai Egyetemen végezte, utána is a városban maradt, a Nichia vállalatnál kezdett dolgozni, 1993-tól ő vezette a cég kutatási részlegét. A kék LED mellett számos más fejlesztésben vett részt, több mint száz szabadalom fűződik a nevéhez. 1999-től a Kaliforniai Egyetem Santa Barbara-i intézményének tanára, amerikai állampolgár lett. 2001-ben beperelte egykori munkaadóját, a Nichiát, mert alig 20 ezer jen prémiumot akartak fizetni neki a kék LED kifejlesztéséért, noha ő 20 milliárdot követelt. A kutató megnyerte a pert, és megállapodott a Nichiával 840 millió jen kifizetéséről. Kitüntetései között szerepel a Millenniumi Technológiai Díj 2006-ból és az Asztúria Hercege Díj 2008-ból.

A kitüntetettek 8 millió svéd koronával (272 millió forintnak megfelelő összeggel) gazdagodnak, a díjátadó ünnepséget hagyományosan december 10-én, az elismerést alapító Alfred Nobel halálának évfordulóján rendezik.

A fizikai Nobel-díjat 1901 óta ezúttal a 108. alkalommal osztották ki. Eddig 47 alkalommal kapta egyedül egy tudós, 31 alkalommal ketten, 30 alkalommal hárman megosztva részesültek az elismerésben. 1901 óta 6 alkalommal nem osztottak fizikai Nobel-díjat. A mostani kitüntetettekkel együtt eddig 199 tudósnak ítélték oda a kitüntetést, de 198 a díjazottak száma, mivel az amerikai John Bardeen – eddig egyedülálló módon – két alkalommal (1956, 1972) is megkapta a fizikai Nobel-díjat.

Az eddigi kitüntetettek között csak két nő van: Marie Curie 1903-ban, Maria Goeppert-Mayer 1963-ban volt díjazott. Marie Curie több rekordot is tart: személyében 1903-ban először érdemelt ki nő Nobel-díjat, amikor férjével, Pierre Curie-vel nyerték el a fizikai Nobelt. A kitüntetés történetében ők az első Nobel-díjas házaspár is. Marie Curie 1911-ben a kémiai Nobel-díjat is elnyerte, ezzel a nők között ő az egyedüli kétszeres Nobel-díjas tudós.

A fizikai Nobel-díjasok átlagéletkora 55 év. A díjat legfiatalabban 1915-ben az akkor 25 éves Lawrence Bragg kapta – ő a mindenkori legfiatalabb Nobel-díjazott is –, legidősebb korában pedig 2002-ben az akkor 88 éves Raymond Davis Jr. nyerte el az elismerést. „Családi” díjazásra a Curie házaspáron kívül több példa is van még a fizikai Nobel-díj történetében: Lawrence Bragg édesapjával, Williammel közösen részesült a kitüntetésben 1915-ben, és ha nem is egyszerre, de Niels Bohr (1922) és fia, Aage N. Bohr (1975), Manne Siegbahn (1924) és Kai M. Siegbahn (1981), valamint J. J. Thomson (1906) és George Paget Thomson (1937) személyében szintén apa és fia vehette át a kitüntetést. A ma élő legidősebb fizikai Nobel-díjas – egyben az összes élő Nobel-díjas doyenje – az idén 99 éves amerikai Charles Hard Townes, aki 1964-ben lett díjazott.

Magyar születésű tudósok közül eddig hárman kaptak fizikai Nobel-díjat. 1905-ben a Németországban dolgozó Lénárd Fülöp (1862–1947) a katódsugaras vizsgálatokra alapozott atommodelljéért (dinamida), 1963-ban az Egyesült Államokban élő Wigner Jenő (1902–1995) az atommagok és az elemi részek elméletének fejlesztéséért, kivált az alapvető szimmetriaelvek felfedezéséért és alkalmazásáért, 1971-ben pedig a Nagy-Britanniában élő Gábor Dénes (1900–1979) a holográfiai módszer felfedezéséért és fejlesztéséhez való hozzájárulásáért.

2004 – Az amerikai David J. Gross, David Politzer és Frank Wilczek a kvarkok világában elért komoly felfedezésekért.

2005 – Az amerikai Roy J. Glauber az optikai koherenciával kapcsolatos kvantumelmélet továbbfejlesztéséért, a fényrészecskék viselkedésének elméleti leírásáért, valamint az amerikai John L. Hall és a német Theodor W. Hänsch a lézeralapú precíziós színképelemzés, vagyis az atomok és a molekulák fényének nagy pontosságú színmeghatározása terén elért eredményeiért.

2006 – Az amerikai John C. Mather és George F. Smoot a világegyetem, a naprendszerek és a csillagok keletkezésével kapcsolatos, e folyamatok mélyebb megértését segítő kutatómunkájáért.

2007 – A francia Albert Fert és a német Peter Grünberg az óriás magnetorezisztencia felfedezéséért, amely lehetővé tette a számítógépes merevlemezek radikális miniatürizálását.

2008 – Az amerikai állampolgárságú Nambu Joicsiro a spontán szimmetriasértés a szubatomi részecskék fizikájában elnevezésű mechanizmus felfedezéséért, valamint a japán Kobajasi Makoto és Maszkava Tosihide a szimmetriasértés eredetének felfedezéséért.

2009 – Az amerikai Charles K. Kao az optikai szálakon keresztül történő fénytovábbítás területén elért alapvető eredményeiért, valamint a szintén amerikai Willard S. Boyle és George E. Smith egy képalkotó félvezető detektor, a CCD-szenzor feltalálásáért.

2010 – A Nagy-Britanniában dolgozó orosz Andre Geim és Konstantin (Kostya) Novoselov a kétdimenziós grafénra (egyetlen atom vastagságú grafitréteg, kétdimenziós szén atomrács) vonatkozó előremutató kísérleteikért.

2011 – Az amerikai Saul Perlmutter, az ausztrál Brian P. Schmidt és a szintén amerikai Adam G. Riess a világegyetem gyorsuló ütemben való tágulásának távoli szupernóvák megfigyelésével történt felfedezéséért.

2012 – A francia Serge Haroche és az amerikai David J. Wineland kvantumfizikai kutatásaiért. A két tudós közvetlen módon igazolta a kvantummechanika jóslatait, munkájuk új típusú, szupergyors, kvantumfizikán alapuló számítógép megépítéséhez vezethet el.

2013 – A brit Peter Higgs és a belga Francois Englert, akik megjósolták az isteni részecskeként emlegetett Higgs-bozon létezését. Teoretikusan bizonyították azt a mechanizmust, amely hozzájárult a szubatomi részecskék tömege eredetének megértéséhez, és amelyet aztán a CERN részecskegyorsító kutatói megerősítettek az elemi részecske felfedezésével.

Nagy örömmel fogadta Bársony István akadémikus, hogy a fizikai Nobel-díjról döntő bizottság nemcsak az úgynevezett nagy fizika jelenségeire figyel, hanem a fizikai felismerésekből kiinduló olyan műszaki eredményeket is elismer, amelyek óriási gazdasági és társadalmi jelentőséggel bírnak. Az MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének igazgatója a stockholmi bejelentést követően az MTI-nek nyilatkozva rámutatott, hogy 2000-ben Nobel-díjban részesült az integrált áramkörök megalkotója, az azóta már elhunyt Jack Kilby, s ide tartozik Akaszaki Iszamu, Amano Hirosi és Nakamura Sudzsi is, akik a kék LED megalkotásával érdemelték ki a kitüntetést. A kék LED-ről szólva elmondta, olyan „félvezető-technikai találmánysorozatot díjaztak, amelynek köszönhetően a Nap spektrumához közeli fehér fényt sikerült létrehozni”. Az akadémikus személyesen is ismeri az egyik idei Nobel-díjas tudóst, Nakamura Sudzsit. Mindketten a LED-világításra szakosodott szervezet, az International Solid State Lighting Alliance (ISA) nemzetközi szaktekintélyeket felvonultató tanácsadó testületének a tagjai. Bársony István ismertetése szerint a fehér fény kibocsátása egyszerű félvezető-átmenetekkel nem megoldható, az összetett jelenség létrejöttéhez nagyenergiájú sugárzást kibocsátó eszközre volt szükség, ez volt a kék LED, a kékfény-kibocsátó dióda. A LED-es eszközöknek nagyobb a fényerejük és hatékonyabbak a korábban alkalmazott világítástechnikai eszközöknél, és a fényerő-szabályozásnál nincsenek különösebb energiaveszteségek. A LED-ek már eddig is óriási szerepet játszottak a képernyők megvilágításában, az összes mobiltelefon kijelzője világító diódákkal működik. Ez a világítástechnológia óriási szerepet játszott a 2002 óta gyártott autófényszórókban is. A tudós kitért arra is, hogy Európában a müncheni székhelyű Osram cég kezdett 2000-ben kék LED-es fejlesztésekbe, amelyekbe egy éven belül elektronmikroszkópiai vizsgálatokkal bekapcsolódott az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézete. „Mi a kezdetektől benne voltunk ezekben a fejlesztésekben” – emelte ki Bársony István, aki szerint ezek a szilárdtest-fényforrások egy évtizeden belül leváltják a vákuumtechnikai világítási eszközöket.