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2014年诺贝尔物理学奖:白光中的一抹蓝

作者:苗千

2018-02-22·阅读时长5分钟

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10月7日,瑞典皇家科学院将本年度的诺贝尔物理学奖授予两位日本科学家和一位美籍日裔科学家,他们分别是来自日本名城大学和名古屋大学的赤崎勇(Isamu Akasaki)、名古屋大学的天野浩(Hiroshi Amano)和来自美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二(Shuji Nakamura),以表彰他们在20世纪90年代研究出能够发射出蓝光的发光二极管(LED),在很大程度上改善了人类的生活。


日本科学家赤崎勇(左)和天野浩(右)获2014年诺贝尔物理学奖

2013年度的诺贝尔物理学奖授予了两位预测希格斯玻色子存在的理论物理学家,因此很多人猜测,2014年的物理学奖可能会授予实验物理学家。但是本届物理学奖是关于一项如此“日常”的发明,还是让很多人意想不到,甚至认为其“格调”不高。实际上,奖励一项对于人类生活有重大改善的发明,正是阿尔弗来德诺贝尔当年设立诺贝尔物理学奖的本意。而关于LED,尤其是蓝光LED的发明,被认为无足轻重,恰恰是因为这项发明已经迅速普及到人类社会的千家万户。人类开始使用LED照明,只有短短的20年时间,而LED能够发出白光,其中蓝光LED的发明最为困难且至关重要。这是一个关于人类固态物理学和半导体制造技术发展历经了几十年的故事。

尽管当时还没有最基本的固态物理学理论,人类早在20世纪初,就开始了给半导体材料施加电压,令其发光的实验。在1907年,马可尼电子公司(Marconi Electronics)的一位工程师就曾经给碳化硅(SiC)晶体施加微弱的电压,令其发出了黄光,而当增大电压时,更多颜色的光被激发出来。这种现象正是利用了半导体材料的能带隙,当半导体材料中的电子受到电压的驱动与材料中的空穴结合,就会发出能量大约相当于这种材料能带隙的光子,如果这个能量恰好在人类的可见光范围内,就会被人所感知,这就是LED的雏形。

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