Сегодня мы привыкли к источникам света, которые не излучают тепло и к тому же позволяют экономить электроэнергию. Как произошла эта революция? Чтобы она свершилась, понадобились открытия, которые не были сразу оценены, работа ученого-самоучки в нечеловеческих условиях блокадного Ленинграда, могущество американских корпораций и упорство троих исследователей, получивших в конце концов Нобелевскую премию.

Слабое желтое свечение

1907 год, Лондон. Генри Дж. Раунд пытается создать более эффективную радиоустановку. Будучи ассистентом Гульельмо Маркони, он подсоединяет тонкие провода к различным кристаллам в надежде усовершенствовать кристаллический детектор для радиоприемника − и получает первые полупроводниковые диоды. Работая с ними, он замечает слабое свечение. При низком напряжении свечение имеет желтый оттенок, при более высоком – зеленый. В любом случае, свечение очень слабое, поэтому он описывает свое открытие в сноске к статье и выбрасывает его из головы как необъясненное явление. Таким оно и оставалось, пока за дело не взялся Олег Владимирович Лосев.

Лосев родился в России в 1903 году. Он не получил высшего образования, работал в одиночку, не имея ни коллег, ни подчиненных. Он занимал невысокие должности, однако если кого-то и можно назвать отцом LED, то именно Лосева.

Несбывшиеся мечты

В то время большинство ученых считали новообнаруженное свечение термоэлектрическим − чем-то вроде крохотных электрических дуг. Не будем забывать: тогда считалось, что не бывает света без тепла. Однако Олег Лосев думал иначе. Измерения в ходе экспериментов подсказали ему, что это свечение не связано с выделением тепла. Он предположил, что объяснение можно найти в рамках новой науки – квантовой механики, что перед ним − явление, противоположное фотоэлектрическому эффекту, открытому в 1905 году Эйнштейном.

В 1927 году Лосев оформляет патент на «световое реле». «Предлагаемое изобретение − писал он, − использует общеизвестное явление свечения в карборундовом детекторе». По словам Лосева, реле могло использоваться «для быстропишущего телеграфного или телефонного приема, передачи изображений на расстояние и для других целей». В 1930-е годы и потом, в блокадном Ленинграде, он продолжал работать над трехвыводным полупроводниковым элементом для усиления сигнала – транзистором. Его записи по этой теме утеряны. Менее чем через год Лосев умер. Ему было всего 38 лет.

Красный и зеленый

Американские корпорации, однако, обратили внимание на его открытие, и в 1961 году Гарри Питтман запатентовал инфракрасные светодиоды для компании Texas Instruments. Излучение светодиодов находилось за пределами видимого спектра, но перспективы выглядели многообещающе. В следующем году Ник Холоньяк-младший, инженер-консультант General Electric, используя арсенофосфид галлия, создал первый светодиод, излучающий видимый свет – красный.

В 1976 году вслед за красными светодиодами появились желтые, но получить LED источники яркого синего света не удавалось до 1990-х годов. Между тем, без синего (blue) невозможно получить аддитивное смешение цветов — RGB (Red-Green-Blue – красный, зеленый, синий).

В погоне за синим светом

Путь к решению проблемы и многомиллионным прибылям лежал через выращивание высококачественных кристаллов нитрида галлия, необходимых для создания синих светодиодов. Многие считали, что это практически недостижимо. Однако трое японских ученых – Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура, − упорно работая над этим, добились успеха и впоследствии, в 2014 году, получили за свои труды Нобелевскую премию.

Когда к красному и зеленому присоединился синий, все изменилось. Появилась возможность получить белый свет, а значит – создавать полноцветные LED дисплеи, лазерные проекторы (лазер-фосфорные и pure laser), тонкие телевизоры, смартфоны и даже высокоурожайные теплицы для сельского хозяйства.

Если добавить к голубому светодиоду флуоресцентное покрытие, получаются энергоэффективные лампы с ярким белым светом, позволяющие сократить выбросы углерода. Сегодня они есть в каждом доме и каждом автомобиле. Когда Генри Дж. Раунд подсоединял проволочку к кристаллу, он и не подозревал, какие грандиозные последствия это вызовет.