2014 වසරේ නොබෙල් ත්‍යාග ප්‍රදානෝත්සවය පසුගියදා උත්කර්ෂවත් අන්දමින් පැවැත්වුණා. මේ වසරේ භෞතික විද්‍යාව සඳහා තිදෙනෙකුට නොබෙල් ත්‍යගය හිමි වුණේ 1994 දී ඔවුන් විසින් නිපදවන ලද නිල් අලෝක විමෝචන ඩයෝඩය (blue L.E.D bulb) සඳහායි. ඉසමු අකසකි (Isamu Akasaki) හිරෝෂි අමනෝ (Hiroshi Amano) සහ ෂුජී නකමුරා (Shuji Nakamura) යන ත්‍රිපුද්ගල විද්‍යාඥයන් විසින් මේ සොයා ගැනීම සිදු කරන ලදි.
ඇත්තෙන්ම මෙය සුළු පටු කාර්යයක් ලෙස සැලකිය නොහැකි අතර දශක කිහිපයක පර්යේශණ වල ප්‍රතිඵලයක් වුණා. නොබෙල් ත්‍යාගය සඳහා කෙතරම් සූක්ෂමව කරුණු සලකා බලන්නේද යන්න A beautiful mind යන සිනමාපටය බලා ඇති කෙනෙකුට අවබෝධ වනු ඇති. එසේ නම් මේ නිල් L.E.D බල්බය ලොව වෙනසක් සිදු කරනු ඇත. මන්දයත් එය ඒ තරම්ම වැදගත් බැවිණි. නිල් L.E.D බල්බය සොයා ගැනීමත් සමඟම පරිගණක තිර, ස්මාර්ට් ජංගම දුරකථන වල තිර, ශක්තිය ඉතිරි වන ලෙස ඉතා කාර්යක්ෂම ලෙසත්, සුක්ෂ්ම ලෙස නිර්මාණය කරන්නට අවකාශය ලබා දෙන ලදි. එසේම සුදු ලාම්පු (bulbs) නිර්මාණය සඳහා අවකාශය ද ලබා දෙන ලදි. මෙමඟින් ඉතිරි වන බලශක්තිය මෙතෙකයි කියා නිම කල නොහැක.
විද්‍යාඥයින් විසින් මීට පෙරදී කොළ, කහ සහ රතු යන බල්බ සොය ගෙන තිබුණත්. මූලික වර්ණ තුනෙන් එකක් වන නිල් බල්බය නොමැතිව අනෙක් වර්ණ විශේෂයෙන් සුදු වර්ණය ලබා ගැනීම අපහසු වී තිබුණි. 1962 දී මහාචාර්ය Nick Holonyak විසින් ප්‍රථම වරට දෘශ්‍ය වර්ණාවලියට අයත් රතු L.E.D බල්බය නිපදවන ලදි. L.E.D බල්බ නිපදවීම සඳහා ක්වන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේ එන මූලික සිද්ධාන්ත කිහිපයක් යොදා ගැනේ.
සම්මතයක් ලෙස ක්වන්ටම් යාන්ත්‍ර විද්‍යාවේදී පරමාණුවක් වටා ඉලෙක්ට්‍රෝන භ්‍රමණය වන බව පෙන්වා දෙයි. මෙය සූර්යයා වටා ග්‍රහලෝක භ්‍රමනය වීමකට සමකල හැක. (තේරුම් ගැනීමේ පහසුව උදෙසා මේ චලිතය ග්‍රහ ලෝක චලිතයකට සම කරන ලදි.) මදකට සිතන්න පරමානුවක න්‍යෂ්ටියක් වටා පවතින එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ගැන. මේ ඉලෙක්ට්‍රෝනය වෙන් වෙන්ව පවතින කක්ෂ ශ්‍රේණි ගණනාවක තිබිය හැක. න්‍යෂ්ටියට ආසන්නව පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝන වල අඩු ශක්තියකුත් න්‍යෂ්ටියට ඈතින් පවතින ඉලෙක්ට්‍රෝන වලට වැඩි ශක්තියකුත් ඇති බව සිතන්න. සාමාන්‍යයෙන් ඉලෙක්ට්‍රෝන වැඩි ශක්ති අවස්ථා වල සිටීමට අකමැති බැවින් ශක්තිය විමෝචනය කර පහල ශක්ති මට්ටමක ඇති කාක්ෂිකයකට පැමිණේ. මෙසේ ඉලෙක්ට්‍රෝන ශක්තිය ආලෝකය වශයෙන් විමෝචනය කරයි. එහිදී ආලෝකය නිපදවීමක් සිදු වේ. මේ ආලෝකයේ වර්ණය තීරණය වන්නේ කාක්ෂික අතර පවතින ශක්ති පරතරය අනුවයි. වැඩි ශක්ති පරතරයක් ඇති විට නිල් පැහැයට ආසන්න ආලෝක නිකුත් කරනු ලබයි. මේ මූලික සිද්ධාන්ත ඇතුලත් කර සුදුසු පරමාණු හා ඝනද්‍රව්‍ය යොද ගෙන රතු, කහ හා කොළ බල්බ නිර්මාණය කරන ලදි. නමුත් නිල් වර්ණය සඳහා ශක්ති පරතරය තරමක් ඉහල වූ බැවින් ඒ සඳහා සුදුසු අමුද්‍රව්‍ය සහ නියමිත ක්‍රමය සොයා ගැනීම දුෂ්කරව තිබුණි.
L.E.D බල්බයක් නිර්මාණය කිරීම සඳහා අත්‍යවශ්‍ය අංගයක් වන්නේ අර්ධ සන්නයකයි. ඒ සඳහා p-වර්ගයේ හා n-වර්ගයේ අර්ධ සන්නයක දෙකක් සංයොජනය කල යුතු වේ. n-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක වල ඉලෙක්ට්‍රෝන අතිරික්තයක් ඇති අතර p-වර්ගයේ අර්ධ සන්නායක වල ඉලෙක්ට්‍රෝන රඳවා තබා ගැනීමට කුහර ද පවතී. සුදුසු වෝල්ටීයතා තත්ත්ව යටතේ දී ඉලෙක්ට්‍රෝන් n සිට p දක්වා ගමන් කොට ශක්තිය නිකුත් කරමින් කුහර තුලට වැටේ. මුල් කාලයේ මේ ඩයෝඩ නිකුත් කරන ලද්දේ ඉතා කුඩා ශක්තියක් නිසා ඒවා දෘශ්‍ය වර්ණාවලියට පිටින් ඇති අධෝරක්ත කලාපයට අයත් වුණි. පසුව මෙම ශක්ති පරතරය වැඩි කිරීමට විවිධ මූලද්‍රව්‍ය හා මාත්‍රණය කරන ලද අර්ධ සන්නායක යොදා ගන්න ලදි. ඇලුමිනියම් එසේ මාත්‍රණයට යොදා ගන්නා ලද මූලද්‍රව්‍යකි. නිල් L.E.D. බල්බ සඳහා ශක්ති වෙනස ඉතා ඉහල වූ නිසා එය සොයා ගැනීම තරමක් දුෂ්කර වූ නමුත් මහාචාර්ය ෂුජී නකමුරා විසින් 1994 දී ඉන්ඩියම් ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් (Indium Gallium Nitride) යොදා ගෙන සාදන අර්ධ සන්නායකයක් නිපදවන ලදි. එහි තුල වූ ඉන්ඩියම් අනුපාතය වෙනස් කිරීමෙන් නිල් ආලෝකය ලබා ගැනීමට හෙතෙම සමත් විය. මීට පෙර කිහිප දෙනෙක් විසින් මේ මූලද්‍රව්‍ය යොදා ගෙන පර්යේෂණ කලත් ගැලියම් නයිට්‍රයිඩ් ස්ඵටික දිදුලවීමට හැකි පෘෂ්ටයක් සෑදීමේ ක්‍රමවේදය සොයා ගැනීමට අපහසු විය. මහාචාර්ය නකමුරා නිල් කැට මැණික් යොදා ගෙන මේ පෘෂ්ටය නිර්මාණය කරන ලදි. අනතුරුව වැඩිදුර පර්යේෂණ තුලින් අද තත්ත්වයට දියුණු කරන ලද L.E.D බල්බ නිර්මාණය කරන ලදි. වර්තමානයේ බොහෝ තාක්ෂණික මෙවලම් නිර්මාණයට නිල් L.E.D. බල්බය මෙන්ම අනෙකුත් L.E.D බල්බ යොද ගැනේ. අඩු ශක්තියකින් වැඩි එළියක් මේවා ලබා දේ. එමෙන්ම තවත් ප්‍රයෝජන රාශියක්ම මේ L.E.D බල්බ නිසා ලැබේ. එනිසා 21වන සියවසේ සිදු කරන ලද විශිෂ්ටතම නිර්මාණයක් ලෙස මේ නිල් L.E.D බල්බ සැලකිය හැක.
References http://www.pbs.org, http://www.geek.com, http://www.independent.co.uk, http://www.businessinsider.com, http://spectrum.ieee.org
Image Sources: http://www.pbs.org, http://static4.businessinsider.com, http://spectrum.ieee.org, http://wikimedia.org/wikipedia, http://wikimedia.org