好文嚴選:藍光將照亮世界─諾貝爾物理獎為何頒給三位日本人

2014-10-09 05:38

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2014年度諾貝爾物理學獎授予三位日本學者,表彰他們發明藍色發光二極管(LED),在高效節能光源方面的貢獻(騰訊大家網。CFP供圖)

2014年度諾貝爾物理學獎授予三位日本學者,表彰他們發明藍色發光二極管(LED),在高效節能光源方面的貢獻(騰訊大家網。CFP供圖)

2014年10月7日北京時間下午5:30,我打開電腦,進入諾貝爾獎網站,失望地發現他們的物理學獎發佈會視頻將通過youtube發佈。我不是不能翻牆,問題是翻牆軟件效率不好,於是放棄了觀看即時視頻。

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諾貝爾物理學委員會本來預計北京時間下午5:45召開發布會,我耐心地等,5:45剛過,手機端騰訊新聞就跳出一個消息,日本三位物理學家獲得今年的諾貝爾物理學獎。騰訊新聞彈出:「日本物理學家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)和日裔美籍科學家中村修二(Shuji Nakamur)獲獎。」

(三位諾貝爾物理獎得主)

看到這些名字,我知道今年的諾貝爾物理學獎頒給了與發明LED有關的科學家。

好吧,很多人會好奇,什麼是LED?這個縮寫詞的原文是light-emitting diode,對應的中文是「發光二極管」。即使我們用中文,很多人照樣不明白其意思。這樣說也許大家都會明白:LED就是電視遙控器上那個發出紅外信號的燈。這種燈既不是傳統的白熾燈,也不是現在流行的螢光燈(所謂節能燈也是螢光燈),而是一種半導體做成的燈。

諸位會問,原來是這樣的啊,可是電視遙控器我們也用了二十多年了,為什麼這麼重要的信號發射器現在才獲獎?

原因很簡單,你用的電視遙控器上的發光二極管,或LED,只發射紅外光線,不發可見光,因此用處有限。所以,要弄明白這次諾獎為什麼發給三位日本人,我們需要梳理一下LED的發展史。

在梳理LED發展史之前,我先梳理一下我自己的歷史。

我與LED沒有任何關聯。我想說的是,在我小時候,那時我們家還用效率低下的白熾燈的時候,我就讀過與LED多多少少有關的物理,這些物理藏在我媽讀中專時的一本教科書中,其中提到了場致發光。可以說,LED的發光原理就是一種場致發光:你將電壓加在某種半導體做成二極管上,它就發光了。二極管的材料不同發出的光就不同,有的發出紅外光,有的發出紅光,有的發出黃光,而三位日本人的功勞是發現發出藍光的二極管。

那,什麼是二極管?我們小時候聽過半導體收音機的人都知道什麼是二極管,經常用零花錢去買。現在的年輕人知道的可能不多了。簡言之,就是用半導體製成的一種「結」,在結的兩端加上電壓,如果是正壓就會出現電流,如果是負壓就不會出現電流(當然你別加得太多,任何東西都會被足夠高的電壓擊穿)。

二極管的單嚮導電性的原理很簡單,就是因為一端有游離的電子,另一端有游離的電子空穴(這個名字有點兒學術,用離子可能更通俗些)。好了,如果你給二極管加上電壓,那麼電子向電壓高的地方跑,空穴向電壓低的地方跑,它們碰到一起就「湮滅」發光。事實是,電子填補了空穴,能量降低了,多餘的能量變成光被拋出來了。能量越高,發出的光的波長就越短。也就是說,紅外光的能量最小,現在的紫外LED的光能量最高。

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