藍(lán)光二極管：點(diǎn)亮21世紀(jì)的夜晚

2014年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)由日本科學(xué)家赤崎勇、天野浩和中村修二獲得。三位科學(xué)家的“獲獎(jiǎng)作品”是他們共同制造出的藍(lán)光二極管。

發(fā)光二極管是大家比較熟悉的“小東東”，玩具上的閃光燈、手機(jī)充電器上的電源指示燈都是發(fā)光二極管。將發(fā)光二極管“排列成陣”，就可以做成手機(jī)顯示屏、電視屏和照明燈等物件，這些用發(fā)光二極管“組合”成的光電物件通稱LED產(chǎn)品。

科學(xué)家最早發(fā)明的是紅光二極管和綠光二極管，而藍(lán)光二極管是在20世紀(jì)90年代發(fā)明成功的。三位科學(xué)家憑小小的藍(lán)光二極管獲諾貝爾大獎(jiǎng)，讓不少人感到意外，就算是獲獎(jiǎng)本人在得知好消息后，也興奮地說(shuō)：不敢相信。

第四代照明燈

遠(yuǎn)古時(shí)代，人類用火來(lái)取暖、照明。之后，人類發(fā)明了蠟燭和油燈，用來(lái)照明，這是第一代照明工具。接下來(lái)，白熾燈泡成為照明的第二代工具，愛(ài)迪生改進(jìn)白熾燈絲的實(shí)驗(yàn)還成為科學(xué)史上的美談。白熾燈泡雖然很“光明”，但壽命短，且能耗高，越來(lái)越不適應(yīng)“節(jié)能增效”的需求。

后來(lái)，熒光燈作為第三代節(jié)能照明工具問(wèn)世，不過(guò)，熒光燈的制造技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格也比較高。

發(fā)光二極管的制造成本很低，價(jià)格非常低廉，關(guān)鍵是這種發(fā)光的小玩意兒還很節(jié)能耐用。所以，科學(xué)家用發(fā)光二極管來(lái)制作燈具，為人類開發(fā)了第四代照明燈。

物理“哥德巴赫猜想”

科學(xué)家在把二極管燈做成第四代照明產(chǎn)品時(shí)，曾遇到過(guò)一個(gè)阻力：當(dāng)時(shí)沒(méi)有藍(lán)光二極管。紅、綠、藍(lán)是自然界的“三原色”，只有把這三種光混合在一起，燈具才可以發(fā)出“白光”，沒(méi)有藍(lán)光二極管，燈具不發(fā)“白光”，市場(chǎng)就不認(rèn)可。

于是，科學(xué)家積極尋找制造藍(lán)光二極管的方法。最初，他們并不認(rèn)為這是什么太困難的事情。各國(guó)科學(xué)家先是自己干，可費(fèi)了九牛二虎之力也沒(méi)找到制造藍(lán)光二極管的方法，其制造難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)預(yù)期。既然單干無(wú)效，那么就展開國(guó)際合作。一些國(guó)家的科學(xué)家互通實(shí)驗(yàn)信息，希望取長(zhǎng)補(bǔ)短，盡快找到制造藍(lán)光二極管的方法。很遺憾，科學(xué)家即便兢兢業(yè)業(yè)地通力合作，也沒(méi)能成功制造出藍(lán)光二極管。

有的科學(xué)家失望地認(rèn)為要制造藍(lán)光二極管是不可能的事，藍(lán)光二極管成為物理學(xué)界的“哥德巴赫猜想”，許多科學(xué)家退出了藍(lán)光二極管的研制工作。然而，藍(lán)光二極管的發(fā)明進(jìn)程并沒(méi)有停滯不前，一些科學(xué)家仍在奮發(fā)努力。20世紀(jì)90年代，日本三位物理學(xué)家終于制造出藍(lán)光二極管。有了藍(lán)光二極管，人們便開始用紅、綠、藍(lán)三種發(fā)光二極管合成“白光”，于是LED燈成為了真正的第四代照明工具。

諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)給予藍(lán)光二極管很高的評(píng)價(jià)：這項(xiàng)只有“20歲”的“年輕”發(fā)明之所以獲獎(jiǎng)，是因?yàn)橐劳羞@種用全新方式創(chuàng)造的白色光源LED燈已經(jīng)讓我們所有人受益。發(fā)明了藍(lán)光二極管，才讓21世紀(jì)的夜晚可以用LED燈來(lái)點(diǎn)亮。

藍(lán)光二極管的發(fā)明

1973年，日本的松下電器公司發(fā)現(xiàn)了LED技術(shù)的“經(jīng)濟(jì)潛力”，就邀請(qǐng)東京研究所的物理學(xué)家赤崎勇教授研制藍(lán)光二極管。可一晃10年過(guò)去了，毫無(wú)結(jié)果。赤崎勇非但沒(méi)有退卻，反而還勸自己的學(xué)生天野浩也加入研究。

6年后的一個(gè)晚上，赤崎勇和天野浩一起做實(shí)驗(yàn)，他們?cè)谟秒娮语@微鏡掃描一種叫氮化鎵的物質(zhì)時(shí)，意外發(fā)現(xiàn)氮化鎵晶體因電子顯微鏡射出的電子流發(fā)出了藍(lán)光。于是，在二極管中添加氮化鎵使其發(fā)藍(lán)光的科研成果就“偶然”得到了。殊不知，為了尋找到“藍(lán)光物質(zhì)”，赤崎勇和天野浩已經(jīng)堅(jiān)持了16年。

中村修二是美籍日裔科學(xué)家，他也在研制藍(lán)光二極管。當(dāng)他得知赤崎勇和天野浩在實(shí)驗(yàn)室制出了藍(lán)光二極管后，便激動(dòng)萬(wàn)分地前來(lái)“取經(jīng)”。赤崎勇和天野浩并沒(méi)有對(duì)中村修二保守秘密，把氮化鎵制造藍(lán)光二極管的發(fā)現(xiàn)告訴了中村修二。只是他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室制出的藍(lán)光二極管離實(shí)用還有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，因?yàn)樘砑釉诙O管中的氮化鎵膜不易制得。

中村修二克服了無(wú)數(shù)困難，最終把氮化鎵膜制備成功。1993年10月，藍(lán)光二極管終于在中村修二的努力下，成為可批量生產(chǎn)的低成本照明設(shè)備。

藍(lán)光二極管成為科學(xué)家接力合作的科學(xué)典范。把諾貝爾獎(jiǎng)授予三位科學(xué)家，除了表彰他們創(chuàng)造出的科技產(chǎn)品，還表彰他們“團(tuán)結(jié)合作、堅(jiān)持到底”的科學(xué)精神！