Dzięki panu i dwóm pańskim kolegom oświetlenie LED-owe coraz powszechniej wchodzi na rynek. Docenili to nie tylko producenci i konsumenci, ale także Akademia Noblowska, która przyznała panom w 2014 roku nagrodę z fizyki. Zawsze chciał się pan zajmować półprzewodnikami?
Tak naprawdę to nie miałem zamiaru zostawać naukowcem! Określiłbym siebie raczej jako badacza czy inżyniera. Zawsze lubiłem prowadzić badania, planować je, skupiać się na nich... Nie marzę o tym, aby być kimś innym.
Jakie cechy powinien mieć dobry badacz?
Przede wszystkim trzeba rozumieć, po co robię badania, co ma z nich wynikać, do czego dążę. Wyobrażenie sobie celu jest priorytetem w pracy badacza. A druga sprawa to umiejętność koncentracji i bezwzględnie cierpliwość – konieczna dla osiągnięcia wyznaczonego celu.
Czerwone i zielone LED zostały skonstruowane w latach 60. i 70. ubiegłego wieku, jednak długo nie można było wynaleźć niebieskiej diody. Dlaczego?
Jedną z przyczyn jest to, że dla wydajnej emisji światła w LED potrzebne są odpowiednie substancje krystaliczne, czyli półprzewodniki.
Wszyscy pracowali na określonym typie kryształów, jednak panowie postanowili skupić się na kryształach azotku galu. Skąd przeczucie, że to będzie dobry materiał?
Było trzech „kandydatów" do produkcji niebieskiej diody: selenek cynku, azotek galu oraz węglik krzemu. Wielu badaczy skupiało się na produkcji niebieskiej diody z wykorzystaniem selenku cynku. Zauważyliśmy jednak, że selenek cynku, podobnie jak węglik krzemu, ma wiele wad – na przykład nie ma wystarczająco dużej wydajności emisyjnej. Główny powód, dla którego zdecydowaliśmy się na azotek galu, był taki, że mimo tego, iż synteza monokryształu azotku galu jest bardzo trudna, to jednak kiedy już raz się go zsyntetyzuje, jest on bardzo trwały.
Czy to prawda, że te badania mają pewien związek z Polską?
WALKA O KLIMAT. Nowa architektura energetyki
Tak, pierwsze monokryształy azotku galu zostały otrzymane w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN i stąd moja znajomość z polskimi naukowcami. W mijającym roku miałem wykład na międzynarodowej konferencji Fizyka Półprzewodników Jaszowiec 2015. Przyjechałem na zaproszenie prof. Izabelli Grzegory, dyrektora Instytutu Wysokich Ciśnień Polskiej Akademii Nauk, i doktora Michała Boćkowskiego z tego instytutu. Jesteśmy przyjaciółmi i od lat spotykamy się na międzynarodowych konferencjach naukowych.
Jaki był temat pana wykładu?
Mówiłem o azotku galu i urządzeniach, które są wytwarzane na jego bazie, a także o możliwych zastosowaniach, takich jak oczyszczanie wody czy urządzenia energooszczędne.
Oczyszczanie wody?
Naszym celem jest wytworzenie na bazie LED silnego źródła emisji w zakresie głębokiego ultrafioletu, które będzie mogło być wykorzystywane w procesie sterylizacji. Głęboki ultrafiolet ma bowiem silne zdolności bakteriobójcze. Na świecie jest bardzo dużo miejsc, które cierpią na brak wody nadającej się do picia. Jeżeli wyprodukujemy diody emitujące głęboki ultrafiolet, będziemy mogli dostarczyć w te regiony systemy oczyszczania wody. Zresztą zastosowanie LED to nie tylko możliwości bakteriobójcze czy oświetleniowe. Można je wykorzystywać do uprawy roślin, na przykład sałaty – przyspieszają wzrost rośliny. Inne ogromnie ważne zastosowanie azotku galu to tranzystory dużej mocy, które dają kilkunastoprocentowe oszczędności zużycia energii.
W Unii Europejskiej przesunięto zakaz sprzedaży halogenów z 2016 na 2018 rok. Część przedstawicieli przemysłu oświetleniowego podkreśla, że branża nie jest jeszcze gotowa do produkcji oświetlenia LED-owego na szeroką skalę. Czy to prawda? A może przemysł chce jeszcze trochę zarobić na halogenach, zanim zostaną wycofane?
Tego nie wiem. Powinniśmy jednak zwrócić uwagę na dwie sprawy. Wykorzystanie oświetlenia LED jest nadal drogie w porównaniu z żarówką fluorescencyjną (potocznie energooszczędna – przyp. red.) czy lampami opartymi na halogenach. Jest ono natomiast bardziej efektywne kosztowo przy stosowaniu na przykład przez dwa czy trzy lata.
Rozumiem, że dopiero po takim czasie nasze rachunki za prąd będą naprawdę niższe?
Tak, jednak początkowy koszt jest wysoki. Druga sprawa to wpływ oświetlenia LED-owego na codzienne życie człowieka. Oświetlenie LED-owe i fluorescencyjne ma bowiem inne spektrum, które może źle oddziaływać na przykład na sen. Obecnie jest prowadzonych kilka badań nad wpływem tego oświetlenia na ludzki organizm, dlatego powinniśmy być ostrożni przy używaniu go w domu. W Japonii jednak już wiele osób z niego korzysta.
A pan, jakie ma oświetlenie w domu?
LED-owe.
Od lat rządy wielu krajów zakazywały sprzedaży tradycyjnych żarówek, a ostatnio również fluorescencyjnych, z powodu zawartości rtęci. W USA prawie trzy czwarte badanych jest przeciwne temu, żeby władze decydowały, jakiego rodzaju oświetlenia należy używać w domu. Czy pan uważa, że taka odgórna ingerencja jest potrzebna?
To ważna sprawa. W Japonii, którą często nawiedzają trzęsienia ziemi, używanie lamp fluorescencyjnych jest bardzo niebezpieczne ze względu groźbę ich uszkodzenia i skażenia wielu miejsc rtęcią. Dlatego Japończycy chcą zmiany na bardziej bezpieczny system oświetlenia. Natomiast w USA czy Europie trzęsienia ziemi nie są tak poważnym problemem i ludzie w tych krajach sami mogliby decydować, jakiego oświetlenia chcą używać w domach.
Nagroda Nobla z fizyki została przyznana trzem naukowcom. Oprócz pana i pana Isamu Akasaki, z którym prowadził pan badania, otrzymał ją również Shuji Nakamura. Znany był jego spór z firmą Nichia, która za syntezę kryształów azotku galu i udoskonalenie metody ich produkcji chciała zapłacić zaledwie 200 dolarów. Musiał wytoczyć proces...
Dla mnie największym priorytetem jest praca dla człowieka, dla ludzkości. Rolą naukowców jest rozwijanie przyszłych technologii. Przemysł z kolei również pracuje dla człowieka, jednak dla niego jest ważna produkcja i zarabianie pieniędzy. Dziś większość produkcji LED jest umiejscowiona w Chinach. Chińska firma, która dużo zapłaciła za narzędzia produkcyjne i odniosła sukces w wytwarzaniu LED, także może dużo zrobić dla ludzi mieszkających w swoim kraju lub w państwach rozwijających się, dostarczając oświetlenie po niższej cenie. Zatem i naukowcy, i przemysł idą w tym samym kierunku.
Czy pana życie się zmieniło, odkąd otrzymał pan Nobla?
Tak, i to bardzo! Wcześniej mój czas wypełniony był pracą na uczelni: rocznie miałem ponad 200 wykładów. Byłem też skoncentrowany na badaniach półprzewodników. Teraz z kolei niemal cały czas podróżuję, odwiedzam wiele krajów, dyskutuję z ludźmi o wielu sprawach – nie tylko o półprzewodnikach.
Jakie najbardziej zaskakujące pytanie usłyszał pan po otrzymaniu Nagrody Nobla?
Jeden z dziennikarzy zapytał mnie, na co ją przeznaczę.
Właśnie, na co?
Nagrodę przekazałem na cel charytatywny, na rzecz Uniwersytetu Nagoya. Ale nie całą... Moja żona zawsze pragnęła mieć tradycyjne kimono, które jest dość drogie (cena może sięgać nawet kilku tysięcy dolarów – red.). Przekazałam więc uniwersytetowi pełną kwotę minus kimono.
Co to są diody LED?
LED (ang. light-emitting diode) to w pewnym uproszczeniu półprzewodniki, które emitują światło w wyniku przepływu przez nie prądu elektrycznego.
W zależności od ich składu chemicznego można otrzymać różne kolory światła. Pierwsze LED-y – czerwone i zielone – zostały skonstruowane w latach 60. i 70., problem jednak był z niebieskimi... Ich wytworzenie dało możliwość produkcji energooszczędnego oświetlenia LED-owego ze światłem białym. O ile tradycyjna żarówka zamienia na światło około 4 proc. pobieranego prądu (resztę głównie na ciepło), o tyle LED-owa – 50 proc. Zaletą tej ostatniej jest też to, że ma świecić przez około 100 tys. godzin, podczas gdy żarówka fluorescencyjna 10 tys., zaś tradycyjna – 1 tys. godzin. Powszechne wykorzystanie LED-owego oświetlenia ma się przyczynić do spadku zużycia energii elektrycznej i tym samym ograniczenia emisji CO2.
