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La storia dei LED: il bagliore di Losev
Il nome di Oleg Vladimirovich Losev oggi è noto solo a una ristretta cerchia di specialisti. Che peccato: il suo contributo alla scienza, allo sviluppo dell'ingegneria radiofonica è tale da dare a questo scienziato ascetico il riconoscente ricordo dei suoi discendenti.
L'allievo della quinta elementare della vera scuola del pre-rivoluzionario Tver Oleg Losev frugò in silenzio quella sera nel suo laboratorio radio-segreto di casa, che aveva dotato di denaro risparmiato dalle colazioni scolastiche e fece un altro squeaker elettrico. E nessuno avrebbe potuto pensare che in un modesto ragazzo educato che si distinguesse tra i compagni di classe con una profonda comprensione della fisica, un amore per la sperimentazione, si formasse la personalità di un ricercatore intenzionale.
Tutto è iniziato con una conferenza pubblica sulla telegrafia senza fili, come chiamavano la radio in quel momento, che è stata consegnata dal capo della stazione di ricezione radio Tver B. M. Leshchinsky. A quattordici anni, Oleg Losev fa la scelta finale: la sua vocazione è l'ingegneria radio.
Per Losev, un incontro accidentale su strada con il più grande specialista radiofonico di quel tempo, il professor V.K. Lebedinsky, si rivelò una grande fortuna per la vita. Sulla carrozza di un treno pendolare, un venerabile scienziato e un giovane entusiasta si incontrarono e divennero amici per sempre. Oleg visitava spesso la stazione radio di Tver per le relazioni internazionali, dove Lebedinsky veniva da Mosca per consulenza scientifica.
C'è una guerra mondiale: la stazione è impegnata nell'intercettazione delle comunicazioni radio del nemico. L'allievo di V.K. Lebedinsky, il tenente M.A. Bonch-Bruezich, un appassionato propagandista del settore radiofonico, sta in ogni modo proteggendo il giovane radioamatore. Nel laboratorio domestico di Oleg, il lavoro è in pieno svolgimento: i coherrer vengono testati, vengono realizzati rilevatori di cristalli.
Venne l'anno rivoluzionario del 1917. Losev in questo momento sta finendo il liceo. Sogna di diventare un ingegnere radiofonico. Ma per questo è necessario ottenere un'istruzione speciale e presenta i documenti all'Istituto di comunicazione di Mosca.
Nel 1918, un gruppo di iniziativa guidato da Bonch-Bruezich si trasferì a Nizhny Novgorod, dove fu creato il primo istituto di ricerca di ingegneria radio nella Russia sovietica, il Nizhny Novgorod Radio Laboratory (NRL). V.K. Lebedinsky diventa presidente del Consiglio NRL ed editore della prima rivista radiofonica scientifica nazionale "Telegraphy and Telephony Wirelessly" ("TiTbp"). L'NRL ha svolto un ruolo importante nello sviluppo della tecnologia radio domestica.
Losev ha studiato all'Institute of Communications per solo un mese e presto si è ritrovato a Nizhny Novgorod, nella cerchia dei suoi insegnanti e patrocinatori. Certo, non è stato senza l'agitazione attiva di V.K. Lebedinsky. Un insegnante altruista e attento si è preso la responsabilità dell'educazione di un giovane. Losev si unì alle attività di ricerca dei laboratori impegnati nello sviluppo delle più recenti apparecchiature radio per quel tempo.
La passione per la telegrafia senza fili in quegli anni ha spazzato il mondo intero. Un tubo di vetro con limatura di ferro, un coherrer, è già retrocesso nella storia e il rilevatore di cristalli a lungo masterizzato ha cessato di soddisfare le crescenti esigenze degli operatori radio. È arrivata l'era di una lampada elettronica. Tuttavia, ce n'erano estremamente pochi, infatti, l'unico tipo di tubo radio R-5, e anche quello rimase il limite dei sogni ossessionati dalla tecnologia radio. Pertanto, il compito urgente di quegli anni era il miglioramento del rivelatore di cristalli. Questi dispositivi funzionavano in modo molto instabile.
Losev controlla la pulizia della superficie e la struttura esterna dei cristalli, in varie modalità, studia le caratteristiche di tensione di corrente dei rivelatori e valuta i fattori che li influenzano.
Il giovane ricercatore non lascia il laboratorio di Nizhny Novgorod per giorni: durante il giorno conduce esperimenti, di notte prende il suo "posto" al terzo piano, prima di andare in soffitta, dove si trova il suo letto, e il suo cappotto funge da coperta. Questo era il "conforto" dei primi anni 1920.
Studiando le caratteristiche di tensione corrente dei rivelatori, Losev ha notato che alcuni campioni hanno una curva piuttosto strana, inclusa la sezione incidente. Rilevano altrettanto instabili, ma qualcosa dice a Oleg che sta raggiungendo una soluzione. Alla fine del 1921, durante una breve vacanza a Tver, Losev continuò i suoi esperimenti nel suo giovane laboratorio. Ancora una volta prende zinco e carbone dalla vecchia lampada, inizia a testare il rivelatore. Cos'è questo? Nelle cuffie, alcune stazioni distanti trasmettono il codice Morse in modo pulito e rumoroso. Questo non è mai successo prima ... Quindi - la ricezione non è rilevatore!
Questo è stato il primo dispositivo eterodina basato su un dispositivo a semiconduttore. L'effetto risultante è essenzialmente un prototipo dell'effetto transistor. Losev è stato in grado di identificare una breve sezione discendente della caratteristica che può portare all'autoeccitazione del circuito oscillatorio. Così, il 13 gennaio 1922, un ricercatore di 19 anni fece una scoperta eccezionale. Capiranno e teoricamente lo descriveranno molto più tardi, ma per ora - il risultato pratico: gli operatori radio di tutto il mondo ottengono un semplice ricevitore rivelatore che funziona non peggio di un costoso oscillatore locale a valvole, senza ingombranti batterie, senza scarse valvole elettroniche e complicate configurazioni.
Losev ha provato molti materiali come cristallo funzionante. La migliore era la raffinata zincite ottenuta per fusione in un arco elettrico di cristalli di zinco naturale o ossido di zinco puro. Un ago d'acciaio serviva da pelo di contatto.
La descrizione di un ricevitore a semiconduttore con un cristallo generatore apparve in stampa: questa era l'ultima parola nell'ingegneria radio. Presto Oleg sviluppò una serie di circuiti radio con cristalli e scrisse un opuscolo per radioamatori con caratteristiche dettagliate dei ricevitori e raccomandazioni per la fabbricazione di cristalli.
Immediatamente dopo la prima pubblicazione, la scoperta di Losev ha attirato l'attenzione di esperti stranieri. La rivista American Radio News ha esclamato: "Il giovane inventore russo O. V. Losev ha trasferito la sua invenzione al mondo senza brevettarla!" Una delle riviste francesi scrisse più delicatamente: "... Losev ha annunciato la sua scoperta, pensando principalmente ai suoi amici - radioamatori di tutto il mondo." Il ricevitore di Losev si chiamava "Kristadin", che significava un oscillatore locale di cristallo. Kristadin ha ricevuto segnali deboli da stazioni trasmittenti distanti, ha aumentato la selettività della ricezione e indebolito il livello di interferenza.
Un'ondata di radioamatori ha travolto i giovani del paese e la "Cristina Dyna Fever" è iniziata. Lo zinco era difficile da ottenere, provarono ciò che gli veniva in mano: qualsiasi cristallo. La ricerca di massa ha portato a un'altra scoperta: la galena (lucentezza di piombo artificiale), ha funzionato bene e ce n'era molto. Più tardi, gli scienziati discuteranno: perché, negli anni '20, il transistor non era aperto? Perché il ricercatore di talento, non avendo esaurito tutte le possibilità della sua scoperta, all'improvviso l'ha lasciata? Cosa ci ha fatto girare il lavoro in una direzione diversa? La risposta è ...
Nel 1923, sperimentando un contatto di rilevazione basato su una coppia di fili di acciaio al carborundum, Oleg Losev scoprì un debole bagliore alla giunzione di due materiali diversi. In precedenza, non aveva osservato un tale fenomeno, ma prima di allora venivano utilizzati altri materiali. Il carborundum (carburo di silicio) è stato testato per la prima volta. Losev ripeté l'esperimento - e di nuovo un cristallo traslucido sotto una sottile punta d'acciaio si illuminò. Quindi, poco più di 60 anni fa, è stata fatta una delle scoperte più promettenti dell'elettronica - elettroluminescenza di una giunzione a semiconduttore. Losev ha scoperto il fenomeno per caso o c'erano dei prerequisiti scientifici, ora è difficile giudicare.In un modo o nell'altro, ma un giovane ricercatore di talento non ha superato un fenomeno insolito, non lo ha classificato come un rumore casuale, al contrario, ha prestato molta attenzione e ha ipotizzato che fosse basato su un principio ancora sconosciuto alla fisica sperimentale.
La luminescenza è stata ripetutamente studiata su vari materiali, in diverse condizioni di temperatura e condizioni elettriche, è stata esaminata al microscopio. A Losev divenne sempre più evidente che stava trattando una scoperta. "È più probabile che qui si verifichi una scarica elettronica completamente peculiare, che, come dimostra l'esperienza, non ha elettrodi luminosi", scrive in un altro articolo. Quindi, la novità, l'ignoto alla scienza del bagliore aperto per Losev è innegabile, ma non c'è comprensione dell'essenza fisica del fenomeno.
Sono state formulate diverse versioni riguardo alle cause fisiche del bagliore aperto. Ne esprime uno nello stesso articolo: "Molto probabilmente, il cristallo brilla dal bombardamento elettronico in modo simile al bagliore di vari minerali nei tubi della frutta". Successivamente, verificando questa spiegazione, Losev colloca vari cristalli in un tubo catodico-luminescente e, quando irradiato, confronta gli spettri e l'intensità della luce emessa con caratteristiche simili del bagliore del rivelatore. Si riscontra una somiglianza significativa, ma rimane aperta la questione di una chiara comprensione della fisica del fenomeno, secondo Losev.
Lo scienziato concentra tutti i suoi sforzi su uno studio approfondito e dettagliato del rivelatore di carborundum luminoso.
Nel n. 5 della rivista TiTbp del 1927, appare un grande articolo, "Rivelatore di carborundum luminoso e rilevazione con cristalli", in cui lo sperimentatore scrive: "Si possono distinguere due tipi di luminescenza ... la luminescenza! "Un puntino blu-verdastro, luminoso e una luminescenza II, quando una superficie significativa del cristallo fluorescente brillantemente." Solo pochi decenni dopo, si scopre che a seguito dell'introduzione casuale di atomi di altri elementi nel reticolo cristallino del carborundum, sono stati creati centri attivi in cui si è verificata un'intensa ricombinazione di portatori attuali, a seguito della quale sono stati espulsi quanti di energia luminosa.
Sperimentando diversi tipi di cristalli e diversi fili di contatto, O. V. Losev fa due importanti conclusioni: il bagliore si verifica senza calore, cioè è "freddo", l'inerzia dell'apparenza e il decadimento del bagliore è estremamente piccolo, cioè è praticamente inerziale. Ora sappiamo: queste caratteristiche del bagliore, notato da Losev negli anni '20, sono le più importanti per oggi LED, indicatori, fotoaccoppiatori, emettitori di infrarossi.
L'essenza fisica del bagliore non è ancora chiara e O. V. Losev cerca costantemente una spiegazione della fisica del fenomeno. Presto fa un'osservazione importante, più vicina alla comprensione dell'essenza del processo: "Al microscopio, puoi vedere chiaramente che il bagliore si verifica quando il filo di contatto tocca bordi affilati o fratture del cristallo ...", cioè la luce viene generata su difetti cristallini. I rapporti tecnici per il 1927, archiviati negli archivi del V. I. Lenin NRL, confermano quanto accuratamente sia stato condotto lo studio del rivelatore di carborundum luminoso. È stata studiata l'influenza di un forte campo magnetico, radiazione ultravioletta e raggi X; è stato testato il comportamento in vari media: è stata testata la ionizzazione dell'aria circostante il bagliore e sono state studiate le emissioni termiche di vari minerali. Le versioni errate scompaiono una dopo l'altra e, passo dopo passo, procede l'accumulo di preziose conoscenze. Lo stesso Losev prepara varie varietà di carborundum per esperimenti, monta strutture di prova, sega e affila metallo, prende misure, continua a lavorare su riviste - tutto da solo, dall'idea ai risultati finali.
Gli studi di Losez sull'elettroluminescenza hanno ricevuto ampie risposte e riconoscimenti all'estero.Le sue opere sono state ristampate da riviste straniere e la scoperta ha ricevuto il nome ufficiale di "Losev's Glow". Sia all'estero che noi abbiamo tentato di utilizzarlo nella pratica. Lo stesso Losev ha ricevuto un brevetto per il dispositivo "relè di luce", ma il cattivo sviluppo della teoria dello stato solido in quel momento e l'assenza quasi completa della tecnologia dei semiconduttori non ha permesso allo scienziato di trovare applicazioni pratiche per il lavoro dell'elettroluminescenza. In sostanza, si sono collegati ai problemi del futuro e la svolta è arrivata a loro solo dopo 20-30 anni.
L'uso pratico dell'effetto del bagliore di Losev iniziò alla fine degli anni cinquanta. Ciò è stato facilitato dallo sviluppo di dispositivi a semiconduttore: diodi, transistori, tiristori. Non solo gli elementi a semiconduttore erano elementi di visualizzazione delle informazioni - ingombranti e inaffidabili. Pertanto, in tutti i paesi sviluppati in termini scientifici e tecnici, è stato effettuato un intenso sviluppo di dispositivi a emissione di luce a semiconduttore.
Il primo di essi ha iniziato ad essere commercialmente disponibile con LED rosso fosfuro-gallio. Seguendolo apparve un diodo al carburo di silicio con radiazione gialla. Negli anni sessanta, fisici e tecnologi hanno creato LED verdi e arancioni. Alla fine, all'inizio del decennio in corso, è stato ottenuto un LED blu sull'antimonide. Parallelamente, c'è stata una ricerca di nuovi metodi tecnologici, materiali semiconduttori e materie plastiche trasparenti. Come risultato di un intenso lavoro, la luminosità del bagliore dei dispositivi è stata notevolmente aumentata, sono stati sviluppati vari tipi di indicatori alfanumerici digitali segmentati, indicatori a matrice e scale lineari. Dispositivi con un cambiamento di colore della luminosità, nonché vari tipi di emettitori mnemonici a LED che evidenziano una varietà di forme geometriche: un rettangolo, un triangolo, un cerchio, ecc. Recentemente è emersa una nuova classe di dispositivi: moduli di schermi piatti a stato solido da cui è possibile assemblare schermi a mosaico e scheda di nuova generazione.
Lo scienziato è davanti ai suoi contemporanei. Il suo merito non è solo nella scoperta del bagliore del rivelatore, ma soprattutto nel fatto che con la sua ricerca ha sollevato il problema così bruscamente che la continuazione del lavoro in quest'area è diventata inevitabile. Quindi, l'intuizione e la perseveranza di O. V. Losev è dovuta all'emergere di una nuova direzione dell'elettronica: l'optoelettronica a semiconduttore, che ha un grande futuro.
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