Nobel Física 2014: Akasaki, Amano y Nakamura por el diodo azul

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El diodo azul, una tecnología que casi todos usamos todos los días, obtiene el Premio Nobel de Física 2014. Isamu Akasaki y Hiroshi Amano (Univ. Nagoya, Japón) y Shuji Nakamura (Univ. California, Santa Barbara, EEUU). Seguro que tienes en el bolsillo ahora mismo un dispositivo que usa esta tecnología. Sin lugar a dudas este Premio Nobel de Física 2014 recoge perfectamente el espíritu original de Alfred Nobel.

Anuncio oficial del premio, nota de prensa, información divulgativa e información avanzada (fuente de las figuras de esta entrada).

Dibujo20141007 structure blue led with double heterojunction - nobelprize org

Los diodos emisores de luz (LED) actuales emiten luz entre el infrarrojo y el ultravioleta. Sin embargo, los primeros LED desarrollados en los 1950 y en los 1960 sólo emitían luz entre el infrarrojo y el verde. Los colores azules y ultravioletas parecían imposibles de lograr. A finales de los 1980 se propuso el uso de nitruro de galio (GaN) en dispositivos multicapa (heteroestructuras y pozos cuánticos). La importancia de lograr LED azules era enorme, ya que permitía el desarrollo de fuentes eficientes de luz blanca para iluminación (combinando LED rojos, verdes y azules). Hay que recordar que la iluminación supone entre el 20% y el 30% de nuestro consumo de energía eléctrica.

Dibujo20141007 pn heterojunction led - wikipedia org

Dibujo20141007 principle of light emission in p-n junction - nobelprize orgLa emisión de luz por electroluminiscencia se basa en la existencia de una banda prohibida entre las bandas de valencia y conducción en un material semiconductor. Lograr un material cuya emisión de luz sea en el azul es muy difícil porque se requiere una banda prohibida muy grande. Se estudiaron diferentes materiales compuestos (como ZnSe y SiC), pero al final se logró con GaN, un semiconductor de la clase III-V, con estructura cristalina tipo wurtzita. El GaN tiene una banda prohibida de 3,4 eV, que corresponde al ultravioleta.

El gran problema del uso del GaN era fabricar este material con una calidad cristalina adecuada y de forma eficiente. En los 1970 se probaron muchas técnicas sin éxito. Isamu Akasaki desarrolló nuevas técnicas de crecimiento de GaN sobre zafiro usando una capa de AlN. En 1981, en la Universidad de Nagoya, Japón, empezó a colaborar con Hiroshi Amano y en 1986 logró la técnica que le ha permitido obtener el Premio Nobel de Física 2014 (H. Amano et al., “Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an AlN buffer layer,” Appl. Phys. Lett. 48: 353, 1986).

Shuji Nakamura (en una empresa privada japonesa) desarrolló un método similar en el que reemplazó la capa de AlN por una fina capa de GaN crecida a baja temperatura (Shuji Nakamura, “GaN Growth Using GaN Buffer Layer,” Japanese Journal of Applied Physics 30: L1705, 1991; Shuji Nakamura et al., “High-Power GaN P-N Junction Blue-Light-Emitting Diodes,” Japanese Journal of Applied Physics 30:L1998, 1991). Nakamura y sus colegas aprovecharon los resultados previos de Akasaki y Amano para desarrollar una técnica de dopado del GaN con Zn (material p) y Mg (material n) para dar lugar a uniones (diodos) pn que emiten luz.

Dibujo20141007 historical evolution of commeercial leds - nobelprize org

El camino estaba abierto y los avances fueron muy rápidos. Los primeros diodos con esta tecnología son de 1992 y los primeros LED azules vieron la luz, valga la redundancia, en 1995, gracias al uso de heteroestructuras y pozos cuánticos (Isamu Akasaki et al., “Stimulated Emission by Current Injection from an AlGaN/GaN/GaInN Quantum Well Device,” Japanese Journal of Applied Physics Volume 34: L1517, 1995). El objetivo se centró en lograr la máxima eficiencia. Hoy en día ya hay hasta LED “blancos” (que combinan emisión en el rojo, verde y azul en el mismo dispositivo).

Los LED blancos han revolucionado la iluminación gracias a que ahorran hasta un 30% en la electricidad consumida. Hoy en día tenemos LED de GaN que emiten en azul en teléfonos móviles, tablets, ordenadores portátiles, monitores de ordenador, pantallas de televisión, etc. Verlos por doquier nos hace olvidar que hubo un tiempo en el que los LED azules parecían una utopía. Nos hace olvidar que se necesitaron décadas de investigación fundamental y aplicada. Repito, en mi opinión, este Premio Nobel de Física 2014 recoge perfectamente el espíritu original de Alfred Nobel.



5 Comentarios

  1. Sin quitarles mérito… ¿no deberían haber incluido al inventor del LED, Holonyak? Además entiendo por el texto que su mérito (que repito, no lo minimizo) es haberlo construido, no haber dado la idea teórica, que parece previa.
    Este tipo de Nobel viene bien para vender la Física (todo el mundo tiene un led a mano y lo entiende), pero no me acaban de gustar que tengan ese tono más tecnológico que de Física de fronteras, por así decirlo. Estando por ahí la materia oscura, los cuásares… no le veo yo a esto al mismo nivel de importancia.

    1. En 2003, se concedió el de Fisiología y Medicina por el desarrollo de la imagen por resonancia magnética.

      En 2010, por la fecundación in vitro (también en Fisiología y Medicina).

      O, en 1979, por la tomografía axial computerizada.

      Yo, me alegro. Por supuesto, también del resto de galardones por contribuciones más “de frontera”, como tú llamas. No de física, que también (y mira que hay física en dos de las reseñas anteriores…), sino de conocimiento al servicio de la Humanidad.

      Saludos 🙂

    2. El nobel de este año ha sido un ROBO a Jocelyn Bell y Vera Rubin, y estoy seguro de que ambas morirán sin ver el Nobel en sus manos. Lástima que hayan nacido sin rabo, parece ser muy importante para los jueces del Nobel (que por lo que he leído parece ser que también todos tienen rabo).
      Un saludo

    3. Lo que dices del inventor del LED tiene sentido para mi, pero no conozco en detalle la historia. Ahora, entregar nobel únicamente a quien desarrolla la teoría física “nueva”.. es que si es por eso… sólo se darían nóbeles a física de partículas y alta energía. Que, por lo demás, son campos que han sido premiados en abundancia. Este Nóbel se compara cn los entregados a Dalén, a Marconi, a Michelson, etc.

      1. si no me equivoco, Holonyak no solo desarrolló la teoria. Fué el primero en patentar el LED.
        Y el LED rojo se ha usado hasta la saciedad antes del descubrimiento del LED azul.

        Yo también opino que, antes de dar el Novel para el LED azul se debería haber otorgado al descubrimiento del LED. Es que acaso hay ya demasiados Novel de física en Urbana-Champaign? Que ocurre, que es demasiado pequeño el pueblo y podría colapsar? Es que, como que a Bardeen le dieron 2, no se le puede dar a su estudiante porque es “consequencia” de un novel anterior? Existe entonces un “gap” de desarrollo entre 2 descubrimientos merecedores de Novel que hay que respetar?

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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 7 octubre, 2014
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Nanotecnología • Noticias • Óptica • Physics • Science
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