Katalog

www.iku.edu.tr 2014 Nobel Fizik Ödülü Prof.Dr. Mehmet Özer İstanbul Kültür Üniversitesi BİLİM KÜLTÜR VE EĞİTİM G eçen yıl Nobel Fizik Ödülü “Mavi LED (Light Emiiting Diod – Işık yayan diyot)” çalışmalarından dolayı Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ve Shuji Nakamura verildi. İlk LED, 1927 yılında bir Rus bilim insanı olan Oleg Losev (19031942) tarafından keşfedilmiştir. Temeli yaklaşık 90 yıl öncesine dayanan bir teknoloji olan “Mavi LED” çalışmaları neden 2014 yılında Nobel Fizik Ödülü alacak kadar önemlidir? Bunu inceleyelim: İlk insanlar, ışığın gözden çıktığına ve bir cisme çarpınca görüntüsünün oluştuğuna inanıyorlardı. Platon’un (MÖ 427347) düşüncesi de aynıydı. Sonraları, uzaydan gelen aydınlıkla cisimlerin görülebildiği düşünüldü. Aristoteles (MÖ 384322) ışığın güneşten geldiğini söyledi. Hem Platon’un hem de Aristoteles’in düşüncesinde ışık uzay içinde hareket eden özdeksel bir şeydi. Galileo Galilei (1564–1642), 1611 yılında güneş ışığı altında ısıtılmış bir maden parçasının karanlık odada parladığını gösterdi. Demek ki uzay aydınlığına ihtiyaç yoktu. Galileo, ışık hızının sonlu bir hızda olduğunu fark etmiş (veya hissetmiş) ve ışığın hızını ölçmeye çalışmıştır. Fakat mesafeler hız için çok kısa gelmiştir (Işık bir saniyede üç yüz bin kilometre yol alır). Dolayısıyla ışık hızını hesaplamak için ya son derece kısa zaman aralıklarını hesaplayabilmek ya da son derece büyük – yani astronomik – uzaklıklar kullanmak gerekir. Danimarkalı genç bir astronom olan Ole Roemer (16441710) Jüpiter uydularını gösteren tabloları incelerken, uyduların gezegene göre tutulmalarında periyodik bir düzensizlik olduğunu fark etmiştir. Tutulmalar düzenli aralıklarla meydana gelir elbette. Bu farkın, ışığın Jüpiterden yeryüzüne ulaşması için gerekli olan süre ile ilişkili olduğunu anlamıştır (1675). Işık hızını çağının teknolojisiyle mükemmel bir yaklaşımla bulan Roemer’dir (hatalı değerlendirmeler nedeniyle yaklaşık bir saniyede iki yüz bin kilometre). ISAAC NEWTON VE IŞIĞIN DOĞASI: için ise altın, gümüş, bakır gibi iletkenleri ve kağıt, mika, plastik gibi yalıtkanları anlamak gerekir. Günümüzde kabul edilmiş atom modelinde, atomlar küresel bir modelle tanımlanır. Bu küresel yapının merkezinde çekirdek adı verilen, pozitif yüklü parçacıklar (proton) ve yüksüz parçacıklar (nötron) bulunmaktadır. Çekirdeğin etrafında çekirdekteki proton sayısı ile ilişkili ve belirli yörüngelerde olan negatif yüklü parçacıklar (elektron) bulunmaktadır. Basit bir dille anlatmak gerekirse, çekirdek etrafındaki elektronlar “değerlilik (valans)” elektronları olarak adlandırılır. İletkenlerde yukarıda anlatılan, en son kabuktaki valans elektronları kütle hacmi içinde serbest dolaşım içindedirler ve artık “iletkenlik” elektronları olarak adlandırılırlar. Bu iletkenlik elektronları uygulanan bir enerji ile ısı ve/veya elektrik akımını mükemmel iletirler. Yalıtkanlarda ise son kabukta bulunan valans elektronları kütle hacmi içinde serbest dolaşamaz yani uygulanan bir enerŞekil 1. Isaac Newton’un kır evinin çatı katında optik deneyleri yapji ile ısı ve/ mıştır. veya elektrik tirdi ve bir deneyle bilimsel olarak kanıtla akımını iletmezler. Son kabuktaki valans dı: Birinci prizmadan geçen güneş ışığının elektronlarını atomdan koparabilmek için oluşturduğu tüm renkleri, bir başka prizma çok yüksek enerjiler uygulamak gerekir; kullanarak birleştirdi ve tekrar beyaz ışık ki bu da malzemenin fiziksel bütünlüğüne elde etti (Şekil 1). Newton olağanüstü bu zarar verir. luşunu beş yıl gizli tuttu. 8 Şubat 1672 Yarıiletkenler, iletkenler ile yalıtkanlar de Newton’un “Işık ve Renkler Hakkında arasında bir özelliğe sahip malzemelerYeni Teori” başlıklı yazısı Royal Society’de dir. Silisyum ve germanyum en temel yarıokundu. Uzun yıllar başkanlık yapacağı iletken elementlerdir. Silisyum Yeryüzünde Royal Society’e 11 Şubat 1672’de yani en çok bulunan elementlerden biridir: Kum üç gün sonra katıldığı oturumda “fellow ve kuartz’ın temel elementidir. İletkenlerde (üye)” seçildi. olduğu gibi son kabuktaki valans elektronları kütle hacmi içinde serbest dolaşamazlar ama dışarıdan aldıkları ısı, ışık, elektrik YARIİLETKENLER: Mavi LED’i anlamak için yarıiletkenleri alan gibi etkilerle kolayca atomdan kopaanlamak gerekir. Yarıiletkenleri anlamak rak iletkenlik elektronu olurlar. Bir diyot, basit olarak iki farklı (belli Aristoteles, ışığın beyaz olduğunu ve renklerin onun zayıflamasıyla yavaş yavaş ortaya çıktığını söylemiştir (yani renkler onun için beyaz ve siyah karışımıydı). Kırmızı ışık ve sarı ışık, alevin renkleri en zayıf olanlardır. Daha sonra “siyaha giderek daha çok doymuş” yeşil, mavi ve mor gelir. Onaltıncı yüzyıla gelindiğinde, bir cam prizmasının içinden geçen bir güneş ışığının renk verdiği biliniyordu. Hatta 1558 yılında Napoli’de basılan “Yansıma üzerine (De Refractone)” adlı kitapta prizma deneyi Giam battista della Porta (1535–1615) tarafından gösterildi ama açıklama Aristoteles’e dayanıyordu. Sir Isaac Newton (1643 1727), mercekler ve cam prizmalar üzerine yaptığı deneyler sonunda, saf güneş ışığının bütün gökkuşağı renklerini içerdiğine kanaat ge özellikleri olan) yarıiletkenin bir araya gelmesiyle oluşur. Okuyucuyu sıkmamak için teknik bilgilere girmeyeceğim. Işık yayan diyotlarda, bir önceki paragrafta anlatıldığı gibi sistemden elektrik akımı geçirildiğinde iletkenlik yük taşıyıcılarının (elektronlar vb.) bazıları enerjilerini kaybederek valans seviyesine düşerler. İki enerji seviyesi arasındaki enerji farkı gözümüzün gördüğü bölgede ise, biz bu ışımayı renk olarak görürüz. Kırmızı LED ışımanın dalga boyu için 610760 nanometre (metrenin milyarda biri), yeşil LED 500570 nm ve mavi LED 460490 nm aralığındadır. Sonuç olarak beyaz ışık kaynağı elde etmek için gökkuşağı içinde bulunan renklere ihtiyaç vardır. İlk LED keşif tarihi olan 1927’den 1990’lı yıllara kadar sadece kırmızı ve yeşil renkli LED’ler üretilebildiğinden, LED teknolojisi ile beyaz ışık elde edilememiştir; ta ki mavi LED keşfi yapılana kadar. Günümüzde modern yaşamın bir sonucu olarak, enerji tüketimi ve maliyeti artmıştır. Yenilenebilir enerji kaynaklarının önemi her geçen gün hızla artmaktadır. Fosil yakıtlarının tükeneceği göz önüne alınırsa, ucuz enerji üretimi ve az enerji tüketimi 21. yy’ın hedefi olmak zorundadır. 19. yy’da ilk defa kullanılan (ve maalesef günümüzde yaygın kullanılan) akkor ampuller Watt (güç birimi) başına 16 lümen, 20. yy’da daha yaygın kullanılan floresan ampuller Watt başına 70 lümen ışık akısı verirken, Mavi LED’lerin keşfedilmesiyle üretilebilen beyaz ışık Watt başına 300 lümen ışık akısı verir ve ömrü diğer iki sistemden çok çok daha uzundur. Bu yıl ödüle layık görülen çalışma bize iki önemli noktayı düşündürmelidir. Birincisi, temel bilimler olmadan teknolojik gelişimin mümkün olamayacağıdır. İkincisi ise, teknoloji ne kadar hızlı gelişse bile (örneğin günümüzde birçok laboratuarda nanoteknoloji konuları incelenmektedir) kabaca 1960 yıllarına ait olan yarıiletken teknolojisi önemini yitirmemiştir. Gale E. Christianson , Isaac Newton and the Scientific revolution, 1996 Carl SAGAN, “Karanlık Bir Dünyada Bilimin Mum Işığı”, Tübitak, 2000. JeanPierre MAURY, “Newton ve Gök Mekaniği”, Yapı Kredi Yayınları 2003. William BIXBY, “Galileo ve Newton’un Evreni”, Tübitak, 2000. http://www.nobelprize.org/nobelprizes/ physics/laureates/2014/ http://www.kuark.org/2014/10/2014nobelfizikodulu/ Kaynakça SÜLEYMAN SAİM TEKCAN “ATLAR VE İDOLLER” Resim Heykel Sergisi 14 Ocak 04 Şubat 2015