A história dos LEDs: o brilho de Losev

O nome de Oleg Vladimirovich Losev hoje é conhecido apenas por um círculo restrito de especialistas. Que pena: sua contribuição para a ciência, para o desenvolvimento da engenharia de rádio, é tal que confere a este cientista ascético a lembrança agradecida de seus descendentes.

Aluno da quinta série da escola real do pré-revolucionário Tver Oleg Losev, naquela noite, remexeu-se silenciosamente em seu laboratório semi-secreto de rádios domésticas, que ele equipou com dinheiro economizado no café da manhã da escola, e fez outro estremecedor elétrico. E ninguém poderia pensar que em um garoto modesto e educado que se destacava entre os colegas de classe por sua profunda compreensão da física, seu amor pela experimentação, a personalidade de um pesquisador intencional foi formada.

Tudo começou com uma palestra pública sobre telegrafia sem fio, como eles chamavam de rádio na época, que foi entregue pelo chefe da estação receptora de rádio Tver B. M. Leshchinsky. Aos quatorze anos, Oleg Losev faz a escolha final: seu chamado é engenharia de rádio.

Para Losev, uma reunião acidental na estrada com o maior especialista em rádio da época, o professor V.K. Lebedinsky, acabou sendo um grande sucesso para a vida. Na carruagem de um trem, um cientista venerável e um jovem entusiasmado se conheceram e se tornaram amigos para sempre. Oleg costumava visitar a estação de rádio de relações internacionais de Tver, onde Lebedinsky vem de Moscou para aconselhamento científico.

Há uma guerra mundial - a estação está empenhada em interceptar as comunicações de rádio do inimigo. O aluno de V.K. Lebedinsky, tenente M.A. Bonch-Bruezich, um propagandista apaixonado dos negócios de rádio, está de todas as maneiras possíveis guardando o jovem amador de rádio. No laboratório doméstico de Oleg, o trabalho está a todo vapor: coherrers estão sendo testados, detectores de cristal estão sendo feitos.

O ano revolucionário de 1917 chegou. Losev, neste momento, está terminando o ensino médio. Ele sonha em se tornar um engenheiro de rádio. Mas, para isso, é necessário obter uma educação especial e ele envia documentos ao Instituto de Comunicações de Moscou.

Em 1918, um grupo de iniciativa liderado por Bonch-Bruezich mudou-se para Nizhny Novgorod, onde foi criado o primeiro instituto de pesquisa de engenharia de rádio na Rússia soviética, o Laboratório de Rádio Nizhny Novgorod (NRL). V.K. Lebedinsky torna-se presidente do Conselho da NRL e editor do primeiro periódico científico doméstico de rádio "Telegraphy and Telephony Wirelessly" ("TiTbp"). A NRL teve um papel importante no desenvolvimento da tecnologia de rádio doméstica.

Losev estudou no Instituto de Comunicações por apenas um mês e logo se viu em Nizhny Novgorod - no círculo de seus professores e patronos. Obviamente, não foi sem agitação ativa de V.K. Lebedinsky. Um professor atento e altruísta assumiu a responsabilidade pela educação de um jovem. Losev ingressou nas atividades de pesquisa de laboratórios envolvidos no desenvolvimento dos mais recentes equipamentos de rádio da época.

A paixão pela telegrafia sem fio naqueles anos varreu o mundo inteiro. Um tubo de vidro com limalha de ferro, um coherrer, já recuou para a história, e o detector de cristal há muito tempo deixou de satisfazer as crescentes demandas dos operadores de rádio. A era da lâmpada eletrônica estava se aproximando. No entanto, havia muito poucos deles, de fato, o único tipo de tubo de rádio R-5, e mesmo isso permaneceu o limite dos sonhos de todos obcecados pela tecnologia de rádio. Portanto, a tarefa urgente daqueles anos foi a melhoria do detector de cristal. Esses dispositivos funcionavam muito instáveis.

Losev verifica a limpeza da superfície e a estrutura externa dos cristais, em vários modos, estuda as características de tensão e corrente dos detectores e avalia os fatores que os influenciam.

O jovem pesquisador não sai do laboratório de Nizhny Novgorod por dias: durante o dia ele realiza experimentos, à noite ele toma seu "lugar" no terceiro andar, antes de ir para o sótão, onde está sua cama, e seu casaco serve como cobertor. Esse foi o "conforto" do início dos anos 1920.

Estudando as características de tensão e corrente dos detectores, Losev notou que algumas amostras têm uma curva bastante estranha, incluindo a seção do incidente. Eles detectam a mesma instabilidade, mas algo diz a Oleg que ele está a caminho de uma solução. No final de 1921, durante umas curtas férias em Tver, Losev continuou suas experiências em seu jovem laboratório. Mais uma vez, ele tira zinco e carvão da lâmpada velha e começa a testar o detector. O que é isso Nos fones de ouvido, alguma estação distante está transmitindo o código Morse de maneira limpa e alta. Isso não aconteceu antes ... Então - a recepção não é um detector!

Este foi o primeiro dispositivo heteródino baseado em um dispositivo semicondutor. O efeito resultante é essencialmente um protótipo do efeito do transistor. Losev conseguiu identificar uma seção de queda curta da característica que pode levar à auto-excitação do circuito oscilatório. Então, em 13 de janeiro de 1922, um pesquisador de 19 anos fez uma descoberta notável. Eles entenderão e teoricamente o descreverão muito mais tarde, mas por enquanto - o resultado prático: os operadores de rádio em todo o mundo recebem um simples receptor detector que não funciona pior do que um oscilador local de tubo caro, sem baterias pesadas, sem tubos eletrônicos escassos e configurações complicadas.

Losev tentou muitos materiais como um cristal de trabalho. O melhor foi o zincito refinado obtido por fusão em um arco elétrico de cristais naturais de zincita ou óxido de zinco puro. Uma agulha de aço serviu como um fio de contato.

A descrição de um receptor semicondutor com um cristal gerador apareceu na imprensa - esta foi a última palavra em engenharia de rádio. Logo, Oleg desenvolveu vários circuitos de rádio com cristais e escreveu um folheto para radioamadores com características detalhadas dos receptores e recomendações para a fabricação de cristais.

Imediatamente após a primeira publicação, a descoberta de Losev atraiu a atenção de especialistas estrangeiros. A revista American Radio News exclamou: "O jovem inventor russo O. V. Losev transferiu sua invenção para o mundo sem fazer uma patente!" Uma das revistas francesas escreveu com mais tato: "... Losev anunciou sua descoberta, pensando principalmente em seus amigos - radioamadores em todo o mundo". O receptor de Losev foi nomeado "Kristadin", o que significava um oscilador local de cristal. Kristadin recebeu sinais fracos de estações transmissoras distantes, aumentou a seletividade da recepção e enfraqueceu o nível de interferência.

Uma onda de rádio amador engoliu a juventude do país, e a "Febre Cristina Dyna" começou. Era difícil conseguir zincita, eles tentaram o que havia em mãos - qualquer cristal. A pesquisa em massa trouxe outra descoberta - galena (brilho artificial do chumbo), funcionou bem e havia muito disso. Mais tarde, os cientistas argumentarão: por que, nos anos 20, o transistor não estava aberto? Por que o pesquisador talentoso, não tendo esgotado todas as possibilidades de sua descoberta, de repente a deixou? O que nos fez mudar o trabalho em uma direção diferente? A resposta é ...

Em 1923, experimentando um contato de detecção baseado em um par de arame de aço e carborundo, Oleg Losev descobriu um brilho fraco na junção de dois materiais diferentes. Anteriormente, ele não observava esse fenômeno, mas antes disso outros materiais eram utilizados. O carborundo (carboneto de silício) foi testado pela primeira vez. Losev repetiu o experimento - e novamente um cristal translúcido sob uma ponta fina de aço se acendeu. Então, há pouco mais de 60 anos, uma das descobertas mais promissoras da eletrônica foi feita - eletroluminescência de uma junção semicondutora. Losev descobriu o fenômeno por acaso ou havia pré-requisitos científicos, agora é difícil julgar.De um jeito ou de outro, mas um jovem pesquisador talentoso não passou por um fenômeno incomum, não o classificou como interferência aleatória, pelo contrário, prestou muita atenção e imaginou que se baseava em um princípio ainda desconhecido pela física experimental.

A luminescência foi estudada repetidamente em vários materiais, em diferentes condições de temperatura e condições elétricas, foi examinada ao microscópio. Tornou-se cada vez mais evidente para Losev que ele estava lidando com uma descoberta. "É mais provável que ocorra uma descarga eletrônica completamente peculiar aqui, que, como mostra a experiência, não possui eletrodos brilhantes", ele escreve em outro artigo. Portanto, a novidade, desconhecida para a ciência do brilho aberto para Losev, é inegável, mas não há entendimento da essência física do fenômeno.

Várias versões foram formuladas com relação às causas físicas do brilho aberto. Ele expressa um deles no mesmo artigo: “Provavelmente, o cristal brilha do bombardeio eletrônico de maneira semelhante ao brilho de vários minerais nos tubos de frutas”. Mais tarde, verificando essa explicação, Losev coloca vários cristais em um tubo catodo-luminescente e, quando irradiado, compara os espectros e a intensidade da luz emitida com características semelhantes do brilho do detector. Uma similaridade significativa é encontrada, mas a questão de um entendimento claro da física do fenômeno, segundo Losev, permanece em aberto.

O cientista concentra todos os seus esforços em um estudo profundo e detalhado do detector luminoso de carborundum.

No nº 5 da revista TiTbp de 1927, aparece um grande artigo, “Detector luminoso de carborundo e detecção com cristais”, no qual o pesquisador escreve: “Dois tipos de luminescência podem ser distinguidos ... luminescência! "Um pequeno ponto azul esverdeado, brilhante e uma luminescência II, quando uma superfície significativa do cristal fluorescente." Apenas algumas décadas depois, verifica-se que na estrutura cristalina do carborundo, como resultado da introdução aleatória de átomos de outros elementos, foram criados centros ativos nos quais ocorreu intensa recombinação dos portadores atuais, como resultado dos quais quanta de energia luminosa foram ejetados para fora.

Experimentando diferentes tipos de cristais e diferentes fios de contato, O. V. Losev faz duas conclusões importantes: o brilho ocorre sem calor, ou seja, é "frio", a inércia da aparência e da deterioração do brilho é extremamente pequena, ou seja, é praticamente inercial. Agora sabemos: essas características do brilho, observadas por Losev nos anos 20, são as mais importantes para a atualidade. LEDs, indicadores, acopladores ópticos, emissores de infravermelho.

A essência física do brilho ainda não está clara, e O. V. Losev busca persistentemente uma explicação da física do fenômeno. Logo ele faz uma observação importante, mais perto de entender a essência do processo: “Sob um microscópio, você pode ver claramente que o brilho ocorre quando o fio de contato toca em bordas afiadas ou fraturas do cristal ...”, ou seja, a luz é gerada em defeitos cristalinos. Os relatórios técnicos de 1927, armazenados nos arquivos do V. I. Lenin NRL, confirmam com que profundidade o estudo do detector luminoso de carborundo foi conduzido. A influência de um forte campo magnético, radiação ultravioleta e raios-X foi estudada; comportamento em vários meios - ionização do ar ao redor do brilho foi testado e emissão térmica de vários minerais foi estudada. Versões erradas desaparecem uma após a outra, e passo a passo a acumulação de conhecimentos valiosos prossegue. O próprio Losev prepara várias variedades de carborundo para experimentos, monta instalações de teste, serras e afia metais, faz medições, mantém diários de trabalho - sozinho, desde a ideia até os resultados finais.

Os estudos de Losez sobre eletroluminescência receberam ampla resposta e reconhecimento no exterior.Seus trabalhos foram reimpressos por revistas estrangeiras, e a descoberta recebeu o nome oficial - "Losev's Glow". No exterior e fizemos tentativas de usá-lo na prática. O próprio Losev recebeu uma patente para o dispositivo de "relé de luz", mas o fraco desenvolvimento da teoria do estado sólido na época e a quase completa ausência de tecnologia de semicondutores não permitiram ao cientista encontrar aplicações práticas para o trabalho de eletroluminescência. Em essência, eles se relacionavam com os problemas do futuro, e a virada chegou a eles somente depois de 20 a 30 anos.

O uso prático do efeito do brilho de Losev começou no final dos anos cinquenta. Isso foi facilitado pelo desenvolvimento de dispositivos semicondutores: diodos, transistores, tiristores. Não apenas os elementos semicondutores eram elementos de exibição de informações - volumosos e não confiáveis. Portanto, em todos os países desenvolvidos em termos científicos e técnicos, foi realizado um intenso desenvolvimento de dispositivos emissores de luz semicondutores.

O primeiro deles começou a ser LED vermelho fosfeto-gálio comercialmente disponível. A seguir, apareceu um diodo de carboneto de silício com radiação amarela. Nos anos sessenta, físicos e tecnólogos criaram LEDs verdes e laranja. Finalmente, no início da década atual, um LED azul foi obtido no antimoneto. Paralelamente, buscou-se novos métodos tecnológicos, materiais semicondutores e plásticos transparentes. Como resultado de um trabalho intensivo, o brilho do brilho dos dispositivos foi significativamente aumentado, vários tipos de indicadores alfanuméricos digitais segmentados, indicadores matriciais e escalas lineares foram desenvolvidos. Dispositivos com uma cor de brilho variável, bem como vários tipos de emissores mnemônicos de LED que destacam uma variedade de formas geométricas: retângulo, triângulo, círculo etc. Recentemente, surgiu uma nova classe de dispositivos - módulos de telas planas de estado sólido a partir das quais é possível montar telas de mosaico e placa de nova geração.

O cientista está à frente de seus contemporâneos. Seu mérito não está apenas na descoberta do brilho do detector, mas principalmente no fato de que, com sua pesquisa, ele levantou o problema com tanta nitidez que a continuação do trabalho nessa área se tornou inevitável. Portanto, a intuição e perseverança de O. V. Losev se deve ao surgimento de uma nova direção da eletrônica - a optoeletrônica semicondutora, que tem um grande futuro.

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