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サイエンス

LED(オレンジ色)を液体窒素に入れると、ある変化が起こる 49

ストーリー by nagazou
なぜ? 部門より
佐賀県立宇宙科学館の公式Twitterが行った実験動画が話題となっている。実験内容は点灯したままのオレンジ色のLEDを液体窒素に入れてみたというもの。実験ではLEDを数秒ほど液体窒素に漬けておくとLEDの色がなぜかグリーンに変化。Twitterではその原因について探求する流れとなっている(佐賀県立宇宙科学館Togetter)。
  • by cudjo (2713) on 2021年11月04日 15時15分 (#4145684)

    なぜか「佐賀県立宇宙」に見えてしまった。
    県立地球防衛軍 [wikipedia.org]は大分県だったはず。

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      私立喫茶 地球防衛軍はかつて岡山にあって、今は奈良にあるんじゃなかったかな

      • by Anonymous Coward

        岡山の地球防衛軍は懐かしい。
        まさにアレゲな店で、当時パソ通のオフ会で連れてこられた私はメニューの配給食を借りてきた猫の様に黙々と食ってた記憶が。

  • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 14時37分 (#4145652)

    普通LEDなんて-40℃程度しか動作保証してないような気もするのだが。

    それはともかく、温度によって発光波長や順方向電圧が変化するのは
    そういうものだ [rohm.co.jp]という認識なんですが…

    # 意外と低温でも明るさが変わらないんだな、という感想

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      動作保証ってのは、例えばLEDだったらスペックの波長が満たされる温度とかだと思うんで
      光る範囲の温度、じゃないですよね。

      今回は低温側だけど、LED通電発光させながらはんだ付けしたら色が変わった記憶がある
      (緑->黄色だったかな?)

      >主に、温度が変化することにより半導体の禁止帯幅が変化するため、波長変化が生じる
      温度で広がったり狭くなったり

    • by Anonymous Coward

      車載用・軍事用・航空用とかならともかく、
      一般用はそんな温度保証してないのでは?

      • by Anonymous Coward

        LEDというかダイオードというくくりで見たほうがいいのかもしれないけど
        意外とC品って見ないんですよね。大抵-30~-40℃まで使えるI品。
        メーカー側として分けるメリットがない…のかなあ?

    • by Anonymous Coward

      多少変動するのと、色が違うと認識されるほど変化するのとは違うもののような気がする。
      オレンジのものが緑ってことは、600nmから500nmへといった程度の変化量です。
      一方、リンク先の温度での変動としては0.1nm/℃程度なので、Δ20〜30nm程度。もちろん材料でも違うとも言及はあるけど。
      もっと違うことが起きているってのが議論になっているんだとおもうが。

      ところでこのオレンジのLEDって単色なのかなぁ。赤と緑の混色だったりすると、赤の光量が減ったためとも考えられるが。
      スペクトルの変化がとうなっているかを見れば、エネルギー準位が飛んで変わったのか遷移していったのか、分布が変わったのかで手掛かりは得られそう。

    • by Anonymous Coward

      現実的なコストで信頼性テストできる温度とか、パッケージのコストから、-40℃になってます。
      半導体自体は液体窒素の温度でも大抵動作できますが、パッケージの方がもたない。
      信頼性を無視して1回動けばいいなら、結構低温でも動作できますよ。

  • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 14時48分 (#4145658)

    色が変わるのはバンドギャップが変わるからだけれど、
    なんで温度を下げるとバンドギャップが縮まる方向に変化するのかがわからん。
    詳しい人教えて

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      元コメだけれど、
        ×縮まる
        ○広がる
      青から緑に変化するならこっちだね

      • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 15時46分 (#4145707)

        何から突っ込めばいいのやらw

        まず、

        オレンジ色のLEDを液体窒素に入れてみたというもの。
        実験ではLEDを数秒ほど液体窒素に漬けておくとLEDの色がなぜかグリーンに変化

        次に、

        光は短波長になるほど(赤→緑→青→紫)大きなエネルギーを持つ → より大きなバンドギャップが必要になる。

        「青から緑に変化する」なら、バンドギャップは小さくなる方に変化している。
        オレンジから緑になるなら、バンドギャップは大きくなる方に変化している。

        そして

        だから、冷やすとバンドギャップが増加し、より波長短い色が発せられるようになるのは、順当と言える。

      • by Anonymous Coward

        波長が長い方がエネルギー低いから縮まるで合ってない?

        • by Anonymous Coward

          そのとおりでした。訂正したほうが間違ってるという。

          • by Anonymous Coward

            うん?
            バンドギャップは広がってるから、訂正した方が合ってるのでは?

            高温から低温にすることで、
            橙色から緑色になって、
            長い波長から短い波長になってるんだから、
            エネルギーの弱い光からエネルギーの強い光になっていて、
            発光のときのエネルギーの差は大きくなっている。
            つまり低温にすることでギャップは広くなっている。

            間違ってる部分は「青から緑になった」ってところで……。

    • by Anonymous Coward

      熱励起した電子が減ってバンドギャップが広くなるのでしょうね。
      発光色がここまで変化するとは思いませんでした。
      もしかしたら、室温では2段遷移でオレンジ発光していて、冷却時には熱励起が電子トラップを先に飽和させたので、2段遷移できなくなって緑色発光になったのでしょうか?

    • by Anonymous Coward

      色が変わるのはバンドギャップが変わるからだけれど、
      なんで温度を下げるとバンドギャップが縮まる方向に変化するのかがわからん。

      温度差で結露して氷ができてレンズになるしたら
      プリズムぽくなりそうですしねぇ

      最初の赤っぽくなるのは
      波長の短い青が外に出にくくなったって可能性はありそうですが
      冷え切ったときに波長の長い赤が出にくくなるのはわからんですね
      コーティング膜の化学組成がわかればなんか分かってくるかも?

      • by Anonymous Coward

        > 温度差で結露して氷ができてレンズになるしたら
        > プリズムぽくなりそうですしねぇ

        この人、LEDの発光原理さえ理解できていませんね。

        レンズとかプリズム云々とか、コメントの内容は全て間違っています。

  • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 15時53分 (#4145714)

    うっかり「レッド」と読むと、グリーン・レッド・オレンジが揃って
    ♪トリオで変身 トリプルファイター

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      トリプルファイターを戦隊と言ってはいけないのだろうけど、
      こういう集団変身特撮でオレンジって珍しいよね。
      スーパー戦隊でも4、5人しかいないらしい。
      忍者キャプターにはいた。
      グランセイザーにもいたような気が。

      • by Anonymous Coward
        こん平とか
        # 笑点は戦隊ではありません
        # レッドツェッペリンは赤くない
  • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 16時28分 (#4145735)

    これを知らない人が存在する事に驚き。
    だが、みんなが特別に無知というわけではなくて
    自分の方がみんなと違うんだろうね。

    ここに返信
    • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 16時31分 (#4145738)

      知ってる人がいるのは驚かなかったが、
      常識だと思ってる人がいるのには驚かされるな

      • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 18時22分 (#4145833)

        そりゃ日本には1億2000万人も住んでるんですから
        LEDと液体窒素持ち歩いてる人だっていますよ

        たぶん

      • by Anonymous Coward

        時々いますよ。俺の知ってる常識が世界の常識だ、的な人。
        あなたの周りにいませんか?ネットでも時々見かけます。
        ほら、ここにも。

        • by Anonymous Coward

          「そんなもん常識だろ」と「そんなくだらんこと知るかよ」の
          二択しか持ってないような人種は割といるよな
          自分に欠けていた知識を自分で得て増やしていくにつれて
          そもそもそんな短慮な返しは控えるようになるけど、
          「知らない奴の存在に驚いた」段階じゃ先は長すぎるな…

          • by Anonymous Coward

            { 既知 ? "常識だろ" : "どうでもいいわ" }
            っていう常勝マウントで自己完結してるから
            多少知識が増えても自尊心は悪化の一途だろ

            知らないのに堂々と後知恵の知ったか垂れる元コメみたいなバカだってザラにいるし

            • by Anonymous Coward

              お前らみんな知ったかだ
              まで読んだ

    • by zambia (36932) on 2021年11月04日 20時02分 (#4145931)

      液体窒素でどうなるかは知らなかったけど、IFを大きくしていく(すなわち電流制限抵抗一定でVFを上げていく)と、
      緑→アンバー→オレンジ→赤
      と発光色が変わる
      んで、赤のままでしばらく光らせると溶ける
      という遊びならやったことがあるので知ってた

    • by Anonymous Coward

      これを知らない人が存在する事に驚き。
      だが、みんなが特別に無知というわけではなくて
      自分の方がみんなと違うんだろうね。

      ひょっとして、逸般人?

    • by Anonymous Coward

      ウッキウキだな自分

      • by Anonymous Coward

        珍しく勝てたぜ感がすごいよな

    • by Anonymous Coward

      じゃぁ、なんで短波長化するのか教えて。
      説明できるよね?

      • by Anonymous Coward

        「その現象が起こることを知っている」ことと「その理由を説明できる」ことは同じことではないと思いますが?

        人類は宇宙の質量やエネルギーが観測できている物の総和よりも大きいことを知っていますが,その理由は知りません.わからない部分をダークマターとかダークエネルギーとか呼んでいるだけ.

        温度によるLEDの色変化に関しては,前者は,LEDの電流制限抵抗間違えて加熱させたことがあれば誰でも覚えます.後者は,半導体バンドギャップの温度依存性について,知っていないと無理でしょう.

        • by Anonymous Coward

          範囲を「常識」だけに絞って言うと、個人的な経験で知られているものよりは、理屈も知れ渡ってるものの方が多いでしょ。

  • by Anonymous Coward on 2021年11月04日 21時59分 (#4145992)

    LEDの発光は、ホールが多いP型と電子が多いn型半導体の接合で作られ
    順方向電圧をかけると電子が移動ホール移動して消滅する。
    この際に余ったエネルギーが光として発光します。

    電気抵抗が下がったため、光が高いエネルギーとして現れたのが色の変化です。

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      ん?

      オレンジから緑に遷移したってことは、バンドギャップが広がり電気抵抗は上がったと想定するのが妥当と思いますが?

    • by Anonymous Coward

      えっと、ここの接合電位差を「電気抵抗によるもの」と言っちゃうのはすんごい違和感があるんだけど、素人に説明するのはそのくらいまで落とさないとだめなのかな。
      抵抗成分より定電圧分が格段に大きいから、抵抗の感覚でいると間違った駆動方法を誘発してしまいそう。

    • by Anonymous Coward

      豆電球の光る理由と勘違いしていませんか?

      流石に,LEDの発光現象を電気抵抗で説明してはだめでしょう.物性物理学の試験なら0点です.部分点もあげられない.

  • by Anonymous Coward on 2021年11月05日 0時21分 (#4146063)

    熱膨張係数が示すように、液体窒素温度化では格子定数が小さくなり、それに伴い、Vegard則からバンドギャップが広がり、緑にシフトしたのかと思った。

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      ん?
      Vegard則とバンドギャップは関係なくね?

  • by Anonymous Coward on 2021年11月05日 15時48分 (#4146488)

    別にどうでもいい話で他の例えであれば
    コップに入れた水を冷凍庫に入れたら
    「なんと水が固体に変化した!これは驚き!そして、常温に戻すとまた液体になる、何たる奇跡!」
    みたいな話。

    上の方で、この程度の話で「これ常識だろキリッ」って人いるけど
    いわゆる井の中の蛙程度だろうなw

    ここに返信
    • by Anonymous Coward

      「話し」

    • by Anonymous Coward

      教養があると、どうでもいい話でも興味深い話として解釈できるようになりますよ

      嘘だと思うなら、まずは教養を身に着けましょう

      • by Anonymous Coward

        教養が無いから「興味深い」としか脳みそが返答できないことに気付いてますか

        • by Anonymous Coward

          お前ら本当にマウント好きなんだな

  • by Anonymous Coward on 2021年11月06日 20時19分 (#4147181)

    赤色~黄色 LED は波長がシフトするけど、緑色や青色(と白色)はシフトしないそうです。青と白だけなら
    「GaN ってのはそういうもんだ」で済みそうですけど(それでも理由を知りたい)緑色はなぜシフトしないんでしょう?
    https://youtu.be/SQW9p5v9Sh4?t=144 [youtu.be]

    ここに返信
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計算機科学者とは、壊れていないものを修理する人々のことである

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