שוג'י נקמורה

שוג'י נקמורה (ביפנית: 中村 修二; נולד ב-22 במאי 1954, באיקטה, מחוז אהימה, יפן) הוא מהנדס אלקטרוניקה ומדען יפני אזרח ארצות הברית, המשמש כפרופסור בקולג' להנדסה של אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה. נקמורה, יחד עם שני מדענים יפנים נוספים, הירושי אמאנו ואיסאמו אקאסאקי, הוא זוכה פרס נובל לפיזיקה לשנת 2014, פרס צ'ארלס סטארק דרייפר לשנת 2015 ופרס המלכה אליזבת להנדסה לשנת 2021. נקמורה ושותפיו זכו בפרס נובל לפיזיקה, על פיתוח דיודת ה-LED בצבע כחול, שאפשרה פיתוח וייצור של נורות לד חסכוניות באנרגיה.

ביוגרפיה
נקמורה סיים ב-1977 תואר ראשון בהנדסת אלקטרוניקה באוניברסיטת טוקושימה, ושנתיים לאחר מכן תואר שני באותו תחום. הוא הצטרף לחברה קטנה בעיר טוקושימה, ניצ'יה (Nichia) כמיקלז, ושם החל במחקר של דיודות אור, במטרה לפתח דיודה פולטת אור כחול.
בהסתמכו על מחקרים אחרים, הצליח נקמורה למצוא שיטה לייצור הדיודה הכחולה, שהייתה מתאימה גם לייצור המוני. הוא קיבל בתחילה רוח גבית מהחברה בה עבד, אך בהמשך החליטה החברה להשעות את המחקר בתואנה שהוא צורך משאבים רבים בכסף ובזמן. הוא המשיך לפתח את הלד הכחול בכוחות עצמו, ובשנת 1993 הצליח לייצר אותו.

ב-1994 קיבל תואר דוקטור להנדסה מאוניברסיטת טוקושימה. הוא עזב את חברת Nichia בשנת 1999 והחל לשמש כפרופסור להנדסה באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה.
בשנת 2001 תבע נקמורה את מעסיקתו לשעבר, Nichia, בסכום של כ-190 מיליון דולר, על בונוס בגין התגלית, ולבסוף הגיע עמה לפשרה שלפיה שולמו לו 840,000,000 ין יפני (כ-8 מיליון דולרים אמריקאיים). בית המשפט העריך את שווי ההמצאה לחברה בכ-580 מיליון דולר.

נקמורה עבד גם על פיתוח דיודות לאור ירוק, והיה שותף כמה שנים מאוחר יותר בפיתוח דיודות האור הלבן, המורכבות מדיודה כחולה המצופה בציפוי פלואורסצנטי צהוב שיוצרים יחד אור לבן, שהן הבסיס לנורות הלד וכן בפיתוח דיודות לייזר כחולות המשמשות בדיסקים מסוג Blu-ray.

כיום משמש נקמורה כפרופסור לחומרים באוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה, ומחזיק בלמעלה מ-100 פטנטים.
במהלך הקריירה שלו זכה נקמורה בפרסים רבים, בהם פרס הארווי מטעם הטכניון, בו זכה ב-2009. ב-2014 הוכתר כחתן פרס נובל לפיזיקה, יחד עם שני עמיתיו לפיתוח ההמצאה.

בהחלטתה קבעה ועדת הפרס כי "הם הצליחו במקום שכולם נכשלו". אקסאקי עבד עם אמאנו באוניברסיטת נגויה, בו-בזמן ש נקמורה הועסק בניצ'יה כימיקלז, חברה קטנה בטוקושימה. ההמצאות שלהם היו מהפכניות. נורות הליבון האירו את המאה ה-20, המאה ה-21 תהיה מוארת על ידי נורות LED".

הזכייה בנובל לוותה בביקורת כיוון שוועדת הנובל התעלמה מעבודותיהם של הרברט פאול מארושקה וואלי רהינס, שפיתחו דיודה כחולה לראשונה, אך היא הייתה בעוצמה נמוכה מדי ולא שימושית, וכן התעלמה מניק חולונייק ואולג לוסב, שהובילו לפיתוח דיודת ה-LED הראשונה, האדומה.

עמית בינלאומי באקדמיה המלכותית להנדסה (2019).

התגלית

ממוזער|180 px|דיודות אור בשלושת הצבעים הבסיסיים
עד שנות התשעים היו דיודות פולטות אור בשימוש בעיקר בנורות בקרה למכונות ולמכשירים חשמליים, בשל העובדה כי עוצמת הדיודות הייתה נמוכה מאוד וכן לא הייתה בנמצא דיודה פולטת אור בצבע כחול, הדרושה כדי לייצר אור לבן. כדי לייצר אור לבן נדרש שילוב של שלושת צבעי היסוד: אדום, ירוק וכחול. דיודות בצבע אדום ואינפרא-אדום פותחו כבר בתחילת שנות השישים, בסוף שנות השישים פותחו דיודות ירוקות וכתומות, ובתחילת שנות השבעים פותחה גם דיודה פולטת אור צהוב.

מחקר רב התבצע מאז שנות השישים, בהן פותחה לראשונה דיודת האור האדום, כדי לפתח את הדיודה לאור כחול, אך פריצת דרך לא נראתה באופק. הבעיה העיקרית הייתה הקושי בייצור של מוליכים למחצה מסוג p המבוססים על גליום ניטריד, בעוד מוליכים למחצה כגליום ארסניד כבר היו בשימוש לייצור דיודות אור אדומות. ב-1972, הרברט פאול מארושקה וואלי רהינס מאוניברסיטת סטנפורד, פיתחו את הדיודה פולטת אור הראשונה שהאירה בצבע כחול מסוג גליום ניטריד. בשנת 1989, חברת Cree פיתחה דיודות אור כחולות מסוג צורן קרביד שגם הן היו חלשות, אולם אפשרו לייצר דיודות מחליפות צבעים מסוג RGB ואף אור לבן על ידי שילוב כל שלושת הצבעים ביחס עוצמות הנכון.

לאחר הצטרפותו לחברת ניצ'יה החל נקמורה במחקר על דיודות אור, ובעיקר על דיודות מסוג GaN ( גליום ניטריד gallium nitride ), כדי לפתח את הדיודה פולטת אור בצבע כחול. בעבודתו הסתמך על מחקרה של קבוצה בראשות אקאסאקי, (שזכה אף הוא בפרס), שגילתה דרך להקרין אלומת אלקטרונים על גליום ניטריד מאולח במגנזיום. שיטה זו לא התאימה לייצור המוני, והפיזיקה שלה לא הובנה היטב. נקמורה הצליח לפתח שיטה לייצור המוליך למחצה, שהייתה הרבה יותר מתאימה לייצור המוני.

פיתוח דיודת האור בצבע כחול בבהירות גבוהה בשנות התשעים הביא לקראת סוף העשור לפיתוח של דיודות פולטות אור לבן ("WLED") בעוצמה מספקת כדי לשמש לתאורה, ולייצור של נורות לד שמחליפות בהדרגה את נורות הליבון הוותיקות. נמצא כי לנורות אלה נצילות של עד 50 לומן לוואט, ועם השנים פותחו גם כאלו עם נצילות של עד 100 לומן לוואט. משערים כי הן יכולות לפעול במשך 100,000 שעות לעומת נורות להט המחזיקות 1,000 שעות ופלואורסצנט המחזיקות 15,000 שעות, אולם אין עדיין הוכחות לאריכות חייו של ה-LED הלבן בתאורה הכללית, בשל היותה של הטכנולוגיה צעירה יחסית. כמו כן, אין הוכחות מחקריות באמת לחיסכון באנרגיה בתאורת LED בהשוואה לנורות פלואורסצנטיות ונורות פריקה אחרות. דיודות האור נמצאות כיום כמעט בכל מכשיר חשמלי, ובכלל זה בצגי מחשב וטלוויזיה, בסמארטפונים, בפנסי כלי רכב ובתאורה חשמלית.

קישורים חיצוניים

 מדוע היה כמעט בלתי אפשרי לייצר לד כחול, באתר היוטיוב של Veritasium



הערות שוליים

קטגוריה:ערכים שבהם תבנית אתר רשמי אינה מתאימה להוספה אוטומטית
קטגוריה:זוכי פרס נובל לפיזיקה
קטגוריה:מהנדסים יפנים
קטגוריה:ממציאים יפנים
קטגוריה:סגל אוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה
קטגוריה:זוכי פרס נובל יפנים
קטגוריה:זוכי פרס צ'ארלס סטארק דרייפר
קטגוריה:זוכי פרס הארווי
קטגוריה:זוכי מדליית בנג'מין פרנקלין
קטגוריה:זוכי פרס נסיך אסטוריאס למחקר טכני ומדעי
קטגוריה:זוכי פרס המלכה אליזבת להנדסה
קטגוריה:חברי האקדמיה הלאומית להנדסה של ארצות הברית
קטגוריה:אמריקאים שנולדו ב-1954