Welt der Naturwissenschaften
(Scientific Medley)

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(Friedrich Schiller)

27. Juli 2024

Die Erfindung, die zum Physik-Nobelpreis dieses Jahres führte, hat fast jeder von uns in der Tasche. Es ist das Mobiltelefon, das mit weißen Leuchtdioden („LEDs“) ein Blitzlicht erzeugt. Diese weißen Leuchten basieren auf den blauen LEDs, die von den drei Japanern Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura erfunden und entwickelt wurden.

Eine Diode ist ein elektronisches Bauelement, das Strom in eine Richtung durchlässt, nicht jedoch in die Gegenrichtung. Das Schaltzeichen ist ein Dreieck mit einem Querstrich. Röhrendioden gab es schon in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die heutigen Dioden sind Halbleiterelemente, von denen es verschiedene Ausführungen gibt. Die Grundlage der Halbleiterdiode ist ein so genannter p-n-dotierter Halbleiterkristall aus Silizium oder Germanium. Die Funktion einer Gleichrichterdiode entspricht einem Rückschlagventil in einem Wasserrohr. Die Flüssigkeit drückt gegen das Ventil und öffnet es. Umgekehrt aber drückt eine Feder das Ventil zu, das Wasser kann nicht in die Gegenrichtung fließen.

Eine Leuchtdiode („light-emitting diode“ kurz LED) hat die gleiche Funktion wie eine gewöhnlichen Diode, sendet aber Licht aus. Fließt durch die LED ein elektrischer Strom in der Durchlassrichtung, so strahlt sie Licht, Infrarot- oder auch Ultraviolettstrahlung ab. Die Wellenlänge des Lichtes ist vom Halbleitermaterial und der „Dotierung“ (Beimischung von Elementen) abhängig. Die heutigen LEDs leuchten in allen Farben, doch lange Zeit galt die Suche nach blauen LEDs als schwierigste Aufgabe der Elektronik. Die heute verwendeten LEDs enthalten Aluminiumgalliumarsenid (rot), Galliumphoshid (grün), Galliumarsenidphosphid (gelb, orange) und Galliumnitrid (UV, violett und blau).

Um weißes Licht zu bekommen, mussten zuvor blaue LEDs erzeugt werden. Genau das gelang den Japanern. Ihre künstlich gezüchteten Galliumnitridkristalle leuchten blau. Dank der Arbeiten der drei japanischen Nobelpreisträger sind blaue Laser- und blaue Leichtdioden heute Stand der Technik. Der enorme Vorteil der LEDs ist die Langlebigkeit und der geringe Stromverbrauch.

Erstaunlicherweise ist nun bei der Verleihung des Physiknobelpreises etwas Ähnliches zu bemerken wie bei der Verleihung des diesjährigen Medizinnobelpreises, bei dem es vor hundert Jahren und auch heuer um die räumliche Wahrnehmung des Menschen geht. Im Jahre 1914 erhielt der Deutsche Max von Laue den Nobelpreis, weil er die Lichteigenschaften der Röntgenstrahlen beweisen konnte. Die drei geehrten Japaner haben eine ähnlich wichtige Entdeckung im Bereich des Lichts gemacht wie Max von Laue hundert Jahre zuvor.

Nobelpreise

Helden der Wissenschaft:
Max Planck
(1858-1947) entdeckte den Quantensprung, das Allerkleinste, was die Natur an Energie zu bieten hat. In der Folge versuchte er mehrfach, seine eigene bahnbrechende Theorie zu widerlegen, was ihm nicht gelang.