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诺贝尔奖为何给了三个日本人

2014-10-08 作者: 来源:腾讯《大家》 浏览量: 网友评论: 0

摘要: 你用的电视遥控器上的发光二极管,或LED,只发射红外光线,不发可见光,因此用处有限。所以,要弄明白这次诺奖为什么发给三位日本人,我们需要梳理一下LED的发展史。

  2014年10月7日北京时间下午5:30,我打开电脑,进入诺贝尔奖网站,失望地发现他们的物理学奖发布会视频将通过youtube发布。我不是不能翻墙,问题是翻墙软件效率不好,于是放弃了观看即时视频。

  诺贝尔物理学委员会本来预计北京时间下午5:45召开发布会,我耐心地等,5:45刚过,手机端腾讯新闻就跳出一个消息,日本三位物理学家获得今年的诺贝尔物理学奖。腾讯新闻弹出:“日本物理学家赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)和日裔美籍科学家中村修二(Shuji Nakamur)获奖。”

  看到这些名字,我知道今年的诺贝尔物理学奖颁给了与发明LED有关的科学家。

  好吧,很多人会好奇,什么是LED?这个缩写词的原文是light-emitting diode,对应的中文是“发光二极管”。即使我们用中文,很多人照样不明白其意思。这样说也许大家都会明白:LED就是电视遥控器上那个发出红外信号的灯。这种灯既不是传统的白炽灯,也不是现在流行的荧光灯(所谓节能灯也是荧光灯),而是一种半导体做成的灯。

  诸位会问,原来是这样的啊,可是电视遥控器我们也用了二十多年了,为什么这么重要的信号发射器现在才获奖?

  原因很简单,你用的电视遥控器上的发光二极管,或LED,只发射红外光线,不发可见光,因此用处有限。所以,要弄明白这次诺奖为什么发给三位日本人,我们需要梳理一下LED的发展史。

  在梳理LED发展史之前,我先梳理一下我自己的历史。

  我与LED没有任何关联。我想说的是,在我小时候,那时我们家还用效率低下的白炽灯的时候,我就读过与LED多多少少有关的物理,这些物理藏在我妈读中专时的一本教科书中,其中提到了场致发光。可以说,LED的发光原理就是一种场致发光:你将电压加在某种半导体做成二极管上,它就发光了。二极管的材料不同发出的光就不同,有的发出红外光,有的发出红光,有的发出黄光,而三位日本人的功劳是发现发出蓝光的二极管。

  那,什么是二极管?我们小时候听过半导体收音机的人都知道什么是二极管,经常用零花钱去买。现在的年轻人知道的可能不多了。简言之,就是用半导体制成的一种“结”,在结的两端加上电压,如果是正压就会出现电流,如果是负压就不会出现电流(当然你别加得太多,任何东西都会被足够高的电压击穿)。

  二极管的单向导电性的原理很简单,就是因为一端有游离的电子,另一端有游离的电子空穴(这个名字有点儿学术,用离子可能更通俗些)。好了,如果你给二极管加上电压,那么电子向电压高的地方跑,空穴向电压低的地方跑,它们碰到一起就“湮灭”发光。事实是,电子填补了空穴,能量降低了,多余的能量变成光被抛出来了。能量越高,发出的光的波长就越短。也就是说,红外光的能量最小,现在的紫外LED的光能量最高。

  物理原理很简单,所以,LED想要获奖,必须有应用,而且必须是重要应用。物理学奖向来如此,要么你发现新的物理学原理,要么你得有重要应用。LED的发光原理简简单单,以至于经过半个世纪的努力才最终获得诺贝尔奖的肯定。

  为了做一名事前诸葛亮,我提前一天在微博上“预言”了今年的诺贝尔物理学奖:“明天是诺贝尔物理学奖发布会,我去年就预测今年的物理学奖,我的首选是负折射率材料,即超颖材料,如果这个领域获奖,获奖人当然该是 J. B. Pendry, D. R. Smith, D. Schurig。另一个可能是LED的发明,至于到底奖给谁就很难说了。”

  我的预言重点,超颖材料,没有获奖,第二个选项获得了。让我们期待五年后超颖材料获奖吧,那是诺贝尔物理学奖在各领域的又一个循环。超颖材料的应用是一个非常科幻的话题,我期待五年后有机会谈。

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