Tym kryształem jest azotek galu (GaN). Jeszcze kilka lat temu mówiono, że będzie on fundamentem kolejnej rewolucji w elektronice. Źródłem rewolucji ma być także grafen. Sytuacja z kryształami GaN różni się jednak zasadniczo od tej z grafenem, bo grafenu w przemysłowym i komercyjnym użyciu wciąż nie ma. Na rynku funkcjonują co najwyżej kompozyty, które z płatków grafenowych składają się tylko w części. Tymczasem azotek galu istnieje i ma się świetnie. A właściwie świetnie mają się ci, którzy posiedli patent na jego komercyjną produkcję.

O co tyle hałasu?

Azotek galu jest związkiem, który nie występuje w przyrodzie. To syntetyczny, bezbarwny albo lekko żółtawy kryształ. Jest twardy jak diament, ma bardzo wysoką temperaturę topnienia i odporność na czynniki chemiczne. Jest bardzo dobrym półprzewodnikiem przezroczystym dla całego zakresu światła widzialnego.

O co tyle hałasu? O to, że azotek galu jest półprzewodnikiem znacznie lepszym niż znany i powszechnie stosowany w elektronice krzem. Przezroczysty kryształ, a konkretnie wycięte z niego cieniutkie płytki, to podstawa (podłoże) do budowy niebieskiego lasera, czyli elementu, na którym oparta jest cała technologia Blu-ray. Ale to nie wszystko. Budowa dużych źródeł światła opartych na technologiach ledowych jest kłopotliwa, ale lasery poradzą sobie z tym problemem. Kryształy GaN zrewolucjonizują motoryzację. Nie chodzi tylko o samochodowe światła (choć te laserowe wprowadzają już BMW i Audi), ale także o elementy elektroniczne, dzięki którym auta elektryczne zyskałyby prawdziwą przewagę nad spalinowymi. Szacunki mówią, że dzięki kryształom azotku galu samochody elektryczne mogłyby dwukrotnie zwiększyć swój zasięg na jednym ładowaniu akumulatorów. Ale to wciąż nie wszystko. Precyzyjne i niewielkich rozmiarów lasery mogłyby być stosowane w wyświetlaczach telefonów komórkowych, monitorach czy projektorach. Obraz z tych źródeł – właśnie dzięki laserom emitującym czyste światło konkretnej długości – byłby tak rzeczywisty, że w zasadzie nie różniłby się parametrami od tego, co nas otacza. A to wszystko przy równoczesnej miniaturyzacji i ogromnych oszczędnościach energii.

Azotkiem galu interesuje się przemysł zbrojeniowy, kosmiczny, elektroniczny, samochodowy i energetyczny. To technologia, która daje nadzieję na znaczące (liczone w dziesiątkach procent) obniżenie zużycia energii elektrycznej bez konieczności rezygnacji z konsumpcyjnego stylu życia. Kryształ GaN nie tylko daje elektronice oszczędności, ale też zwiększa jej niezawodność i szybkość. A to znaczy, że mamy do czynienia z rzadką sytuacją, w której można zapomnieć o częstym w technologiach kompromisie. Nie będzie albo-albo. Układy budowane na podstawie kryształów GaN będą mniejsze, szybsze i będą zużywały mniej energii. Dzięki wybudowanym na ich bazie laserom internet światłowodowy osiągnie niespotykane dotąd szybkości.

Lasery mogą być stosowane także w onkologii. Światło laserowe pomaga pobudzić komórki do świecenia. Inaczej pobudza zdrowe, a inaczej chore. Dzięki temu rozróżnieniu lekarz będzie mógł bardzo szybko zidentyfikować komórki nowotworowe.

Wszędzie go chcą

W czasie wizyty prezydenta Donalda Trumpa w Polsce Ministerstwo Obrony Narodowej ogłosiło, że Polska kupi baterie rakiet Patriot. W komunikacie prasowym podano, że będzie to najnowsza wersja kultowego systemu obrony antyrakietowej i przeciwlotniczej. A to znaczy, że optoelektronika, a konkretnie elementy nadawczo-odbiorcze systemu, a więc kluczowa część broni, będzie oparta na azotku galu. Dzięki wprowadzeniu tej technologii rakiety systemu będą miały większy zasięg, a sam system będzie w stanie śledzić więcej celów. Przy okazji całość da się wyprodukować taniej niż dzisiaj.

O niezwykłych właściwościach krystalicznych związków azotu wiedziano od dawna. Ale przez wiele lat nie potrafiono wytworzyć wystarczająco czystego materiału. Azotek galu jest twardy jak diament i odporny chemicznie, pocięcie go na kawałki jest wyzwaniem. Im bardziej zaawansowane technologie bierzemy pod uwagę, tym większa musi być czystość kryształu (chodzi o ograniczenie obecności atomów innych pierwiastków w strukturze krystalicznej). Próby hodowli kryształów podejmowano w wielu miejscach na świecie, ale metoda opracowana i sprawdzona przez polską firmę Ammono okazała się najlepsza. Metoda ammonotermalna pozwalała w skali przemysłowej (a nie laboratoryjnej) produkować duże i bardzo czyste kryształy. I – co najważniejsze – o pożądanych kształtach. Polacy więc nie tyle wymyślili azotek galu, ile znaleźli sposób na to, by tworzyć produkt o najwyższej jakości, i to na dodatek przemysłowo. Nie udało się tylko stworzyć całej nowoczesnej gałęzi przemysłu, która byłaby oparta na polskiej myśli i na naszym wykonaniu. •

Jak poległa Ammono?

Kilka lat temu największe media z branży nowych technologii pisały o jej właścicielach jako o przyszłych multimilionerach. A o ich wynalazku, że totalnie zmieni świat. „Mała polska spółka, o której nigdy nie słyszeliście, wyprzedza tytanów techniki w technologii kluczowej dla XXI wieku” – pisało o polskiej firmie Ammono „IEEE Spectrum”, ukazujące się po angielsku czasopismo z branży elektronicznej. Historia firmy zaczyna się w 1992 r., gdy jeden z jej późniejszych właścicieli wpadł na pomysł otrzymywania dużych kryształów azotku galu. Do współpracy zaprosił innych i powstała grupa czterech badaczy związanych z Wydziałem Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego i Wydziałem Chemii Politechniki Warszawskiej. Pomysły udało się zrealizować i firma Ammono wyhodowała największy i najczystszy na świecie kryształ azotku galu. Na początku prace finansowali z grantów, potem (współpracując z przyszłym noblistą Shuji Nakamurą) z pieniędzy japońskiego inwestora. Powstała cała linia produkcyjna, biznes zaczął się kręcić, a obroty szły w miliony złotych. Ale żeby się utrzymać, trzeba było zwiększyć produkcję i zainwestować kilkadziesiąt milionów złotych. Japończycy zamierzali firmę przejąć, ale jej założyciele chcieli, by patenty i myśl zostały w Polsce. Niestety, nowe technologie w naszym kraju odstraszają bogatych, a polityczne obsadzanie spółek Skarbu Państwa nie sprzyja podejmowaniu odważnych decyzji. Państwo nie dawało żadnych gwarancji ani wsparcia, więc naukowcy zostali sami. Przyjęli zatem ofertę jedynego inwestora, który się pojawił. A ten postanowił firmę przejąć. W 2013 r. wykreślił prezesa i współwłaściciela firmy Ammono z KRS i nie wpuścił do siedziby firmy. Konflikt pomiędzy inwestorem a naukowcami spowodował, że w 2015 r. firma, która mogła zmienić obraz polskiej gospodarki, ogłosiła upadłość likwidacyjną. Próbę ratowania spółki podjął syndyk, dzierżawiąc ją spółce Skarbu Państwa – Grupie Azoty. Jednak po wygranych przez PiS wyborach i zmianach w spółkach Skarbu Państwa dzierżawa nie została przedłużona. Ocenia się, że rynek podzespołów opartych na kryształach azotu jest dzisiaj wart kilkanaście miliardów dolarów. Formalnie firma wciąż istnieje, ale syndyk przygotowuje się do jej sprzedania. Wiele wskazuje na to, że unikatowe w skali świata urządzenia będą sprzedane za cenę złomu, a patenty trafią za granicę. Za grosze, bo firma, którą syndyk wynajął do wyceny patentów, nie zajmowała się nigdy wysokimi technologiami i nie ma odpowiedniego doświadczenia. W efekcie bardzo nisko oszacowała ceny patentów.