Nobel de Física vai para os inventores dos LEDs azuis

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Artigo original por Valerie Jamieson no site New Scientist

Talvez seja ir longe demais ao dizer que o prêmio Nobel de Física desse ano vai salvar o mundo – mas certamente o tornará mais eficiente.

O prêmio foi dado a três físico de semicondutores que inventaram o LED azul. Sua invenção transformou a forma que iluminamos o mundo, assistimos filme e guardamos arquivos.

Isamu Akasaki e Hiroshi Amano da Universidade de Nagoya no Japão, e Shuji Nakamura da Universidade da California, dividiram o prêmio de 8 milhões de coroas suecas (cerca de 2 milhões e 600 mil reais).

Os LEDs como nós conhecemos foram inventados no final da década de 50, mas só em uma cor: vermelha. Em seguida surgiu o verde, mas apesar de ambos serem bons indicadores luminosos, pesquisadores queriam um LED branco. Hoje substituem lâmpadas incandescentes tradicionais, que perdem boa parte da energia como calor.

“A luz consome 20% de toda a eletricidade,” disse Colin Humphreys da Universidade de Cambridge. “A troca por LEDs pode economizar 50% disso, ou mais de 2 bilhões de libras só no Reino Unido.”

Adição de cores

A chave para produzir a luz branca foi fazer o LED azul e fazê-lo brilhar através de uma fina camada do fósforo, que emite luz amarela. Essa combinação de amarelo e azul faz a luz branca muito mais eficiente que lâmpadas incandescentes.

Mas os LEDs azuis frustraram os pesquisadores até o trio fazer sua descoberta no final dos anos 80. O motivo tem a ver com a maneira como os dispositivos são feitos. Os LEDs são feitos com múltiplas camadas de semicondutores ensanduichados, um com um excesso de elétrons e o seguinte com um excesso de buracos carregados positivamente. Introduzindo uma tensão ao dispositivo junta os elétrons ao buracos em uma “camada de enchimento”, onde é emitida a luz. A cor dessa luz depende do material do semicondutor. LEDs vermelhos, por exemplo, são feitos com cristais de arsenieto de gálio.

Os pesquisadores perceberam que o nitreto de gálio com um pouco de índio (In 49) tinham as propriedades quânticas perfeitas para a emissão da luz azul. Mas ninguém tinha conseguido fazer um sanduíche com nitreto de gálio. Isso é porque a estrutura do cristal de nitreto de gálio precisa combinar com as camadas em volta para evitar defeitos de formação que acabam com as propriedades de emissão de luz.

Em 1986, Akasaki e Amano tiveram sucesso em encontrar a combinação. O truqye foi adicionar uma camada extra à estrutura. Eles fizeram seu nitrito de gálio sobre uma safira e envolto com nitrito de alumínio. Enquanto isso, Nakamura encontrou seu próprio meio de fazer um cristal de nitrito de gálio ao fazer finas camadas em baixas temperaturas, e camadas subsequentes em temperaturas altas. Nakamura teve que trabalhar em segredo após os chefes da companhia em que trabalhava, a Nichia, pararam sua pesquisa por falta de progresso. Em seguida, Nakamura processou a empresa e conseguiu mais de 7 milhões de dólares em compensação.

Filmes 

O trio continuou para transformar os LEDs azuis em lasers azuis, encontrados em aparelhos de Blu-Ray. Por causa do comprimento de onda da luz azul ser mais curto que o vermelho, o raio pode ser focado em um ponto menor. Isso permite você comprimir mais informação em um disco, dando aos Blu-Rays uma imagem melhor que DVDs comuns.

Além de economizar dinheiro, as luzes de LED podem reduzir a pressão sobre recursos naturais. A luzes feitas de LED duram por 100.000 horas, 10 vezes mais que lâmpadas fluorescentes e 100 vezes mais que as incandescentes. “Os circuitos eletrônicos que controlam estragam antes do LED,” disse Humphreys.

Ele prevê mais avanços por vir.

A iluminação inteligente que se adapta ao ambiente pode reduzir as contas de luz em até 5%. E ao trocar a capa de fósforo em um LED azul talvez seja possível imitar a luz solar, que faz um papel importante no relógio natural dos humanos. “Isso pode ser o fim dos jet lags e pode melhorar a saúde dos trabalhadores da noite, que mostraram ter um risco maior de câncer.”

Akasaki, Amano e Nakamura vão receber seu prêmio na cerimônia em Dezembro.

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