La luce del futuro

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Sapete di cosa stiamo parlando? Semplicemente del LED. Noi tutti siamo ormai abituati a quella luce bianca o bluastra; illumina i nostri computer, i nostri uffici e, da qualche tempo, anche le nostre case. Gran parte delle illuminazioni dei segnali stradali sono realizzate con il LED e anche le case automobilistiche hanno iniziato a utilizzarlo per i fanalini di coda delle auto.

Il LED è una tecnologia usata quotidianamente della maggior parte delle persone ma, poche sanno che, per riuscire a produrre quella luce biancastra, i tre fisici che oggi ricevono il Nobel hanno dovuto lavorare instancabilmente per decenni. In realtà, i tre scienziati, non ricevono il premio per la scoperta del LED bianco (che ne è stata solo una conseguenza) ma per essere stati in grado, venti anni fa, di realizzare il primo LED blu. Per creare il LED bianco, infatti, bisogna combinare tre diverse lunghezze d’onda; in pratica mischiare tra loro i LED rosso, verde e blu.

Sebbene i LED rossi e verdi esistano dagli anni cinquanta del secolo scorso, trenta anni dopo, il LED blu non era ancora stato realizzato. Molte aziende avevano investito sulla ricerca nella speranza che i loro scienziati riuscissero a creare la tanto cercata luce blu ma, gran parte dei tentativi, si rivelarono dei fallimenti. Solamente tre scienziati giapponesi riuscirono nell’impresa e, lo scorso 7 ottobre, la Royal Swedish Academy of Science li ha insigniti del Premio Nobel per la Fisica. Loro sono Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, professori presso l’Università di Nagoy e Shuji Nakamura, professore presso l’Unversità della California di Santa Barbara.

Come funziona questo dispositivo?

I LED sono dei congegni molto piccoli e i loro componenti possono avere le dimensioni di un granello di sabbia. Fisicamente sono composti da uno strato centrale (lo strato attivo) coperto da un lato dallo strato p e dall’altro dallo strato n.

Lo strato n deve avere un eccesso di elettroni, cioè, le particelle subatomiche cariche negativamente alla base della generazione di corrente elettrica. Lo strato p deve essere caratterizzato da un eccesso di lacune, cioè da assenza di elettroni. Per comprendere meglio, le “ lacune” sono come le bolle d’aria dentro una bottiglia d’acqua frizzante, in cui le bolle non sono altro che l’assenza di acqua.

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Se si applica un voltaggio al dispositivo LED, gli elettroni dello strato n si energizzano e migrano nello strato attivo del dispositivo. Contemporaneamente, anche le “lacune” si muovono verso lo strato attivo. Nel momento in cui un elettrone incontra una lacuna si ricombinano generando un fotone; il risultato di innumerevoli ricombinazioni genera luce. L’energia posseduta dai fotoni generati determina il colore della luce emessa (bassa energia colore che tende al rosso, alta energia colore che tende al blu).

Il nobel ai tre fisici però non è dovuto al funzionamento del dispositivo LED in sé, piuttosto all’aver sviluppato un nuovo materiale semiconduttore (il nitruro di gallio) e per essere stati in grado di drogarlo appositamente (cioè inserire al suo interno il giusto quantitativo di elettroni e lacune).

Nel 1988 Nakamura riuscì, poi, a creare il nitruro di gallio tramite un procedimento più semplice ed economico che in pochi anni divenne lo standard per la produzione del laser blu (la tecnologia alla base del Blu-ray).

Almeno un quinto di tutta l’energia usata nel mondo è utilizzato per l’illuminazione. La tecnologia LED permette di avere la stessa illuminazione delle lampade a incandescenza usando un ventesimo dell’energia e questo è il principale motivo per cui, in molte parti del mondo, le classiche lampadine a incandescenza sono state completamente abbandonate per essere sostituite dalle lampade a fluorescenza e, sempre più frequentemente, dalle lampade al LED.

Non è difficile capire l’entità del risparmio energetico possibile grazie al sempre più massiccio uso della tecnologia LED. Risparmio energetico significa minor inquinamento e maggiori risorse da condividere tra tutti gli abitanti della terra. A conti fatti, i tre fisici che hanno impiegato anni di studio nella ricerca del fantomatico LED blu, il Nobel, l’hanno di certo meritato.

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