निळा 'नोबेल' प्रकाश

निळ्या रंगाचा प्रकाश निर्माण करणार्‍या डायोडसंदर्भात केलेल्या संशोधनाला या वर्षीचा नोबेल पुरस्कार जाहीर झाला आहे. तीन जपानी शास्त्रज्ञांनी हा शोध लावला आहे. त्यांचे संशोधनातील योगदान आणि या संशोधनाची उपयुक्तता एका शास्त्रज्ञाच्या नजरेतून..

- डॉ. पंडित विद्यासागर

 

 

दैनंदिन जीवनात वापरात असणार्‍या एखाद्या घटकाला नोबेल पारितोषिक मिळणे, ही तशी असाधारण बाब आहे. या वर्षीचे नोबेल पारितोषिक निळ्या रंगाचा प्रकाश निर्माण करणार्‍या ‘लाईट इमिटिंग डायोड’     (एल. ई. डी.) या घटकाला मिळाल्यामुळे हे शक्य झाले आहे.  भौतिकशास्त्रातील २0१४ या वर्षाचे नोबेल जपानी शास्त्रज्ञांनी निळ्या रंगाचा प्रकाश निर्माण करणार्‍या डायोडसंदर्भात केलेल्या संशोधनाला प्रदान करण्यात आले आहे.  इसामू आकासाकी हे मिजो विद्यापीठातील प्राध्यापक असून, हिरोशी आमानो हे नागोया या विद्यापीठाशी संबंधित आहेत, तर शुजी नाकामुरा यांनी सांता बार्बारा येथील कॅलिफोर्निया विद्यापीठात संशोधन केले आहे.  

प्रकाश निर्माण करणारे डायोड या घटकाचा शोध विसाव्या शतकाच्या सुरुवातीला लागला. मात्र, त्यांचा व्यवहारातील उपयोग १९६२मध्ये सुरू झाला. काही काळानंतर दृश्य प्रकाश निर्माण करणारे डायोड बाजारात आले.  मात्र, या प्रकाशाची तीव्रता खूपच कमी होती. त्यानंतर झालेल्या संशोधनामुळे हिरव्या रंगाचा प्रकाश देणारे डायोड उपलब्ध झाले; मात्र या संशोधनामध्ये  एक कमतरता होती.  सूर्यप्रकाशात सात रंग असतात आणि हा प्रकाश पांढर्‍या रंगाचा असतो.  पांढर्‍या रंगाची निर्मिती तीन मूळ रंगांपासून केली जाऊ शकते.  हे तीन रंग म्हणजे निळा, हिरवा आणि लाल हे होते.  हे तीन रंग एकत्रित झाल्यास पांढर्‍या रंगांचा प्रकाश मिळू शकतो.  लाल आणि हिरव्या रंगांचे डायोड उपलब्ध होते; मात्र निळ्या रंगाचा प्रकाश निर्माण करणारे डायोड निर्माण करण्यात शास्त्रज्ञांना यश येत नव्हते.  या तीन रंगांमध्ये मूलत: जो फरक असतो, त्याचा संबंध या प्रकाशाच्या तरंगलांबीशी असतो. लाल रंगाच्या प्रकाशाची तरंगलांबी सर्वांत अधिक असते.  हिरवा रंग आणि निळा रंग यांची तरंगलांबी कमी होत जाते. निळ्या रंगाशी संबंधित ऊर्जा मात्र हिरव्या आणि लाल रंगांच्या ऊर्जेपेक्षा अधिक असते. ज्या प्रक्रियेमुळे हा प्रकाश निर्माण होतो, त्यामध्ये इलेक्ट्रॉन आणि होल यांचा संयोग होणे अपेक्षित असते. डायोड निर्माण करण्यासाठी अंशत: वाहक वापरला जातो.  यामध्ये पी आणि एन प्रकारची द्रव्ये एकत्र आणून त्याचा जोड तयार केला जातो.  अशा प्रकारच्या रचनेमध्ये इलेक्ट्रॉन आणि होल हे दोन भिन्न ऊर्जेच्या पातळीवर असतात. या घटकाला विद्युत दाब पुरविल्यास त्यातून वाहणार्‍या विद्युतधारेमुळे इलेक्ट्रॉन आणि होल एकत्र येतात. त्यातून प्रकाशाची निर्मिती होते. साहजिकच, निळा रंग निर्माण करण्यासाठी इलेक्ट्रॉन आणि होल यांच्या पातळीमध्ये अधिक अंतर असणे आवश्यक असते. अशा प्रकारचा फरक निर्माण करणार्‍या द्रव्यांचा शोध शास्त्रज्ञ घेत होते. या तीन शास्त्रज्ञांनी कल्पकता दाखवून गॅलीयम नायट्रेट या द्रव्याचा उपयोग केला. त्यासाठी त्यांना उच्च कोटीच्या गॅलीयम नायट्रेटच्या स्फटिकांची निर्मिती करावी लागली. यासाठी त्यांनी सफायरचा वापर करून त्यातून अल्युमिनियम नायट्रेटचा थर दिला.  याचा उपयोग करून उच्च प्रतींचे गॅलीयम नायट्रेटचे स्फटिक मिळविण्यात त्यांना यश मिळाले.  या संशोधनाच्या आधारे निळ्या रंगाचा प्रकाश देणार्‍या पहिल्या डायोडची निर्मिती डिसेंबर १९९३मध्ये झाली.  

नोबेल मिळवणार्‍या इसामू आकासाकी यांचे शिक्षण क्योटो विद्यापीठात झाले. तिथे त्यांनी विज्ञान विषयाची पदवी मिळविली. नागोया विद्यापीठात प्राध्यापक म्हणून काम केल्यानंतर आता ते पॅनासोनिक कॉपोर्रेशनमध्ये कार्यरत आहेत. हिरोश आमानो यांनी नागोया या विद्यापीठातून पदवी मिळविली आहे. शुजी नाकामुरा यांनी होकीशिमा विद्यापीठातून पदवी मिळविली. त्यानंतर त्यांनी नाशिया कॉर्पोरेशनमध्ये नोकरी केली. संशोधनाचा आधार घेऊन, नाकामुरा यांनी नाशिया कंपनीकडून त्यांना देय असणारी ६८५ दशलक्ष येन एवढी रक्कम मिळविली. नोबेल पारितोषिक हे ज्या योगदानासाठी दिले जाते, त्यात दोन महत्त्वाचे घटक समाविष्ट आहेत. पहिला घटक म्हणजे, संशोधन हे नावीन्यपूर्ण, स्वतंत्र आणि विकासाचा नवीन मार्ग दाखविणारे असावे लागते.  दुसरा घटक अधिक महत्त्वाचा आहे आणि तो म्हणजे, हे संशोधन समाजासाठी उपयुक्त असणे आवश्यक असते.  मूलभूत संशोधनाला नोबेल पारितोषिक देताना कित्येक वेळा त्याची समाजासाठी असणारी उपयुक्तता दुरान्वये सिद्ध करावी लागते.  निळ्या रंगाच्या डायोडच्या संशोधनाबाद्दल मात्र उलट परिस्थिती आहे.  प्रकाश निर्माण करणार्‍या डायोडची उपयुक्तता वादातीत आहे. त्याचबरोबर, त्याचे अनेक फायदे आहेत. मुख्य म्हणजे या घटकाची प्रकाशनिर्मिती करण्याची कार्यक्षमता इतर सर्वसाधारण प्रकाश निर्माण करणार्‍या दिव्यापेक्षा किती तरी पट अधिक आहे. या घटकांपासून हव्या त्या रंगाचा प्रकाश निर्माण करता येतो. त्याचा आकार दोन मिलिमिटरपेक्षाही कमी असू शकतो. हा तत्परतेने चालू आणि बंद करता येतो. वारंवार चालू आणि बंद करून तो निकामी होत नाही. यातून मिळणार्‍या प्रकाशाची तीव्रता कमीजास्त करता येते.  यातून मिळणारा प्रकाश उष्णता निर्माण करीत नाही. हा हळूहळू निकामी होत जातो. पन्नास हजार तासांपर्यंत याचे आयुष्य असते. हा पडल्यामुळे किंवा धक्का बसल्यामुळे सहजासहजी निकामी होत नाही. वातावरणातील उष्णतेचा व  विद्युत दाबाच्या बदलाचा यावर परिणाम होतो.  

भारतासारख्या देशामध्ये हा प्रकाश कीटकांना आकर्षित करीत असल्यामुळे त्याचा त्रास होऊ शकतो. याचे उपयोग अनेकविध आहेत. ट्रॅफिक सिग्नलमध्ये होणार्‍या वापरापासून ते मोटारी, स्वयंचलित वाहने, प्रकाशासाठी लागणारे दिवे, खाणीमध्ये काम करण्यासाठी लागणारे तीव्र प्रकाशाचे झोत, फ्लॅश लाईट, कॅमेर्‍यांचे फ्लॅश, मोबाईलमध्ये असणारे दर्शक त्याचबरोबर प्रकाशझोत, रात्री दिसण्यासाठी वापरण्यात येत असणारे घटक, संरक्षण क्षेत्रासाठी वापरण्यात येणारे कॅमेरे, व्हीडिओ कॅमेरे, विमानाचे दिवे यांचा त्यात समावेश आहे. एल.ई.डी.चा उपयोग करून प्रकाशनिर्मितीसाठी तयार होणार्‍या एकचतुर्थांश वीजेसाठी प्रयत्न होऊ शकतात. एल. ई. डी. हे मानवाला मिळालेले हे वरदानच आहे. 

(लेखक स्वामी रामानंद तीर्थ मराठवाडा विद्यापीठ, नांदेडचे कुलगुरू व ज्येष्ठ शास्त्रज्ञ आहेत.)