Nobelprijzen
voor fysica en chemie uitgereikt
Vooral
aandacht voor praktisch onderzoek - 10-10-2000
In
Zweden werden vandaag de laureaten voor de Nobelprijzen voor natuurkunde
en scheikunde bekend gemaakt. Na de Nobelprijs voor geneeskunde werd
opnieuw gekozen voor onderzoek dat rechtstreeks tot praktische toepassingen
heeft geleid.
De
winnaars
De Nobelprijs fysica, waaraan een bedrag van 915.000 dollar
is verbonden, werd dit jaar weggekaapt door Zhores I. Alferov
van de het Fysisch-technisch Centrum in Sint-Petersburg en Herbert
Kroemer van de universiteit van Californië voor hun werk rond
halfgeleiders en Jack S. Kilby voor zijn uitvinding van het
geïntegreerd circuit.
Daarmee wilde het Nobelprijscomité belangrijke ontdekkingen in de
informatietechnologie honoreren. Het onderzoek van bovenstaande wetenschappers
was erg belangrijk voor de grote vooruitgangen die in de voorbije
decennia op het vlak van telecommunicatie en informatica zijn geboekt.
De voorbije twee jaar ging deze prijs telkens naar onderzoek rond
subatomaire deeltjes, maar dit jaar ging de voorkeur uit naar meer
praktisch gerichte verwezenlijkingen.
De enkele uren later uitgereikte Nobelprijs voor scheikunde
bevestigt deze trend. Dit jaar ging de prestigieuze prijs naar Alan
J. Heeger van de universiteit van Californië, Alan G. MacDiarmid
van de universiteit van Pennsylvania en Kideki Shirakawa van
de Japanse universiteit van Tsukuba. Zij werden erkend voor de ontdekking
dat plastic toch een geleider kan zijn.
Het
onderzoek
Dit jaar werd dus het natuurkundig onderzoek dat geleid heeft naar
doorbraken in informatie- en telecommunicatie in de kijker gezet.
Alferov en Kroemer deelden de helft van de Nobelprijs voor het ontwikkelen
van halfgeleidende heterostructuren die gebruikt worden in
hoge snelheid- en optische electronica.
Een halfgeleider is een materiaal dat eigenschappen van geleiders
en isolators in zich verenigt. Of het materiaal meer naar een geleider
neigt, dan wel meer op een isolator lijkt wordt uitgedrukt in de ‘band
gap’, de hoeveelheid energie die nodig is om bewegende ladingen in
de vorm van electronen of ‘gaten’ te produceren.
De meeste halfgeleider-componenten worden uit siliconen gemaakt, maar
gallium arsenide kan ook gebruikt worden. Als een halfgeleider bestaat
uit verscheidene dunne lagen met verschillende ‘band gaps’, dan spreekt
men van een heterostructurele halfgeleider.
Heterostructurele halfgeleiders zijn vooral belangrijk voor technologische
toepassingen en worden ondertussen gebruikt in glasvezelnetwerken
en leeskoppen in cd-spelers en barcode-lezers. Ook voor wetenschappelijk
onderzoek zijn ze van primordiaal belang gebleken.
Kroemer is er op zijn beurt in geslaagd een transistor met een heterostructuur
te ontwikkelen, die een superieur alternatief biedt voor transistors
in stroomversterkende apparaten en hoge frequentie-toepassingen.
De ontwikkeling van de transistor wordt doorgaans als de start van
de halfgeleiderindustrie beschouwd, maar na enkele jaren werd de mogelijkheid
transistors, weerstanden en condensoren in een circuit te integreren
overwogen. Jack S. Kilby en Robert Noyce werkten gelijktijdig maar
onafhankelijk van elkaar aan dergelijke geïntegreerde circuits,
maar het was Kilby die er eerst een patentaanvraag voor indiende.
Een van de eerste toepassingen die van deze technologie de vruchten
kon plukken, was de zakrekenmachine, waarvan Kilby een mede-uitvinder
is.
De Nobelprijs chemie werd dit jaar toegekend aan onderzoek dat de
geleidende eigenschappen van plastic in kaart heeft gebracht. Plastic
zijn polymeren, schakels van herhalende moleculen en zijn doorgaans
niet geleidend, maar worden als isolatiemateriaal in elektrische leidingen
gebruikt. Met bepaalde aanpassingen kunnen polymeren echter wel als
elektrische geleiders kunnen worden gebruikt.
Een eerste voorwaarde die vervuld moet worden om polymeren geleidend
te maken, is dat de moleculen met een dubbele verbinding aan elkaar
worden gevoegd. Polyacetileen heeft zo een structuur. Daarna is ‘doping’
nodig, waarbij aan het materiaal electronen worden toegevoegd (reductie)
of door oxidatie, waarbij electronen worden verwijderd.
De toepassingen van deze ontdekkingen zijn schier eindeloos. Net zoals
metalen draden kunnen oplichten wanneer er genoeg stroom wordt doorgejaagd,
kunnen ook geleidende polymeren licht uitzenden. Dat proces wordt
electroluminiscentie genoemd en verbruikt minder energie. Ook de hitte
die wordt opgewekt ligt aanzienlijk lager dan bij metalen draden en
deze techniek wordt toegepast in fotodioden en lichtgevende diodes
(LED’s). In de nabije toekomst zullen ultra-platte televisieschermen
die gebruik maken van deze techniek op de markt gegooid worden. Andere
denkbare toepassingen zijn informatie- en verkeerstekens, GSM-schermen
en zelfs lichtgevend behangpapier.
(DdV)
Related links:
Nobelprijswinnaars
door de eeuwen heen
©
David de Vaal
