Dirbtinė Šviesa leidžia sutemus regėti aplinką, kuria vaizdus kompiuterių ir televizorių ekranuose, plonytėse stiklo skaidulose neša XXI a. civilizacijos kraują – informaciją. O natūrali Saulės Šviesa – neišsemiamas energijos šaltinis. Versti Šviesą į elektros energiją ir atgal, naudoti ją informacijai įrašyti ir perduoti – sena Žmonijos svajonė. Jai įgyvendinti mokslininkai siūlo vis geresnių priemonių.
Liausimės švaistyti energiją
Pasitelkus puslaidininkius – Žmonių sukurtas medžiagas ir prietaisus, Šviesos dalelės (fotonai) ir krūvio dalelės (elektronai) gali nekliudomai virsti vienos kitomis. Kaip šiuos įstabius virtimus priversti tarnauti mūsų reikmėms, rūpi optoelektronikai – mokslo ir technologijos šakai, kuri šiuo metu plėtojasi ypač sparčiai. Jau kitą dešimtmetį rinkoje atsiras naujų optoelektronikos gaminių, kurie leis atsikratyti labiausiai elektros energiją švaistančių senų technologijų.
Atsisakyti teks kaitinamųjų lempučių, nes jos tik 5–7 proc. suvartotos elektros energijos paverčia Šviesa (labiau šildo, nei šviečia). O juk apšvietimui Žmonija kasmet suvartoja elektros maždaug už 500 milijardų litų! Pusę šių lėšų netolimoje ateityje leis sutaupyti viena reikšmingiausių XXIa. technologijų – kietakūnis apšvietimas, kurio pagrindas – puslaidininkiniai Šviesos diodai (šviestukai). Mat, palyginti su kitais dirbtinės Šviesos šaltiniais, vienintelis šviestukų veikimo principas leidžia didžiają dalį elektros energijos paversti Šviesa.
Atsisakyti teks ir įprastų vaizduoklių, kurių dabartiniai „tobuliausi“– skystųjų kristalų– nepajėgia nė 3proc. energijos paversti Šviesa (labiau šildo, nei rodo). Ateities vaizduoklių technologija siejama su šviestukais, pagamintais iš „minkštų“ organinių puslaidininkių. Tokie vaizduokliai bus labai našūs, ploni ir lankstūs. Jie ne tik įsigalės kompiuteriuose ir televizoriuose, bet ir leis sukurti optoelektroninius laikraščius, Knygas, brėžinius, žemėlapius, tapetus, drabužius, pinigus.
Tarp Šviesos ir mikrobangų
Šviesa – tai ne tik regimos elektromagnetinės bangos (mūsų akys junta tik siauručiame bangos ilgių ruože – tarp 0,38 ir 0,78 mikrono). Plačiąja prasme Šviesa – tai visos bangos, gebančios „šokdinti“ elektronus – nuo labai trumpų (ultravioletinių) iki ilgų (infraraudonųjų). O tarp infraraudonųjų bangų ir radijo bangų plyti Žmonijos iki galo nesuprasti „plėšiniai“– terahercinės bangos.
Neseniai paaiškėjo, kad šios neįprastos bangos gali būti siunčiamos ir priimamos naudojant itin trumpus lazerio Šviesos impulsus bei ypatingas puslaidininkines medžiagas, kuriose Šviesa sužadinti elektronai gyvuoja labai trumpai. Optoelektroninės sistemos, generuojančios skvarbias ir „švelnias“ terahercines bangas, pakeis pavojingus diagnostinius rentgeno aparatus, saugos ir pramoninės kontrolės įrenginiuose.
Gelbės naujos medžiagos
Sparti optoelektronikos plėtra labiausiai priklauso nuo puslaidininkinių medžiagų inžinerijos pažangos. Šviesos šaltiniams netinka elektronikoje įprastas kristalinis silicis, nes jame krūvio nešikliai silpnai sąveikauja su Šviesa. Ten, kur reikia didelės Galios, tvirtumo ir spartos (apšvietimas, ryšiai, terahercinė spinduliuotė), optoelektronika remiasi optiškai ir elektriškai atspariais sudėtiniais neorganiniais puslaidininkiais. Ten, kur svarbu dideli paviršiai (vaizdavimo technologijos, Saulės elementai), labiau tinka amorfinės ir organinės medžiagos. Jas gaminti yra pigiau ir paprasčiau, joms būdinga milžiniška elektrinių ir optinių savybių įvairovė. Tokių medžiagų tobulumui nėra ribų (gyva mūsų akių tinklainė yra ne kas kita, kaip Gamtos sukurta optoelektroninė sistema!), tačiau jų sintezė – tai virtuozinis darbas.
Septynis kartus pamatuok
Optoelektronikai skirti puslaidininkiai dar nėra tobuli. Tam, kad suprastume, kaip valdyti šių medžiagų savybes ir pasiekti reikalingą našumą bei ilgaamžiškumą, rekalingi kruopštūs įvairiausių savybių – struktūrinių, optinių, elektrinių – matavimai. Tačiau tokius matavimus atlikti nėra paprasta: optoelektroniniai dariniai – tai vos kelių nanometrų storio sluoksniai, kurie slepiasi vienas po kitu. Čia jau neapsieinama be lazerio spindulio, atominės jėgos mikroskopo, neardančiųjų greitaveikių optinio charakterizavimo metodų, pavienių fotonų skaičiavimo, labai silpnų ir sparčiai kintančių srovių matavimo.
Perspektyvi sritis
Optoelektronikos srityje Lietuvos mokslas turi nemenkų intelektinių išteklių – bemaž 50 į neformalią grupę susibūrusių mokslininkų atlieka pasaulinio lygio taikomuosius tyrimus ir eksperimentinės plėtros Darbus labai plačioje srityje – nuo unikalių organinių medžiagų sintezės ir gamybos bei naujausių puslaidininkių ir jų darinių savybių charakterizavimo iki holografinių bei terahercinių prietaisų kūrimo ir šviestukų taikymo apšvietimui, tai pat biologiniuose jutikliuose ir augalininkystėje. Lietuvos mokslininkų sukurtos naujos medžiagos tinka ne tik vaizduokliams, bet ir Saulės elementams, lazeriniams spausdintuvams, kopijavimo mašinoms ir didelio ploto apšvietimo prietaisams. Šios medžiagos apgintos keliomis dešimtimis JAV, ES, Japonijos, Lietuvos patentų, o kai kurios iš jų yra įdiegtos žinomiausiose Pasaulio bendrovėse. Pirmojo Pasaulyje vadovėlio, skirto kietakūniam apšvietimui ir išleisto anglų bei kinų Kalbomis, viršelyje – lietuviškos pavardės. JAV mokslininkai naudoja moderniausią lietuvišką holografinį prietaisą puslaidininkinių medžiagų savybėms kontroliuoti. Lietuvoje jau veikia kelios mokslininkų įsteigtos aukštųjų technologijų įmonės, kurios optoelektronikos rinkai tiekia unikalius organinius junginius, kuria terahercinius prietaisus bei kietakūnio apšvietimo įrenginius.
Optoelektronikos grupės branduolį sudaro fizikai ir chemikai iš Vilniaus universiteto Kietojo kūnoelektronikos katedros (prof. habil. dr. Gytis Juška ir prof. emer. habil. dr. Edmundas Montrimassu kolegomis), VU Medžiagotyros ir taikomųjų mokslų instituto ir Puslaidininkių fizikos katedros(dr. Povilas Adomėnas, prof. habil. dr. Kęstutis Jarašiūnas, prof. habil. dr. Saulius Juršėnas, prof. habil. dr. Artūras Žukauskas ir jų bendradarbiai), Kauno technologijos universiteto Cheminės technologijos fakulteto (prof. habil. dr.Juozas Gražulevičiaus ir prof. habil. dr. Vytauto Getaučio grupės), Puslaidininkių fizikos instituto Optoelektronikos laboratorijos (prof. habil. dr.Arūno Krotkaus vadovaujami tyrėjai), Fizikos instituto Molekulinių darinių fizikos laboratorijos (prof.habil. dr. Leonas Valkūnas su bendradarbiais). Atlikti tarpdisciplininius tyrimus jiems talkina VU matematikai ir psichologai bei Vilniaus Gedimino technikos universiteto, Lietuvos sodininkystės ir daržininkystės instituto mokslininkai. Optoelektronikos grupė atstovauja fizinių mokslų sričiai.
Komentarų nėra:
Rašyti komentarą