2014年诺贝尔物理学奖再次与光电子技术相关

据诺贝尔奖官方网站消息,2014年诺贝尔物理学奖于当地时间 7 日揭晓,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。官方公布的获奖理由为:

"for the invention of efficient blue light-emitting diodes which has enabled bright and energy-saving white light sources".

发明了高效蓝光发光二极管(LED),促成了明亮节能的白光光源的出现。

LED 是 Light Emitting Diode 的首字母缩写,即“发光二极管”,是用半导体材料做成的。最常见的二极管应该就是我们平常用的遥控器头上的那个小灯了吧,发出的光是红外线(眼睛看不见)或者红光。不过现在好像用LED做的台灯,甚至房间照明灯也比较常见了。照明的灯一般需要是白光,这就离不开蓝光LED了。

下面是腾讯大家上李淼写的一篇文章中节录的LED简史,可以帮助了解蓝光LED的重要性,以及为什么要将诺贝尔奖发给蓝光LED的发明者而不是LED的发明者。概要如下:

1927年,一向致力于研究半导体的俄国人奥列格·罗塞夫(Oleg Losev)发现第一个LED,但这个发现没有找到任何商业应用。
到了1955年,在美国无线电公司工作的鲁宾·布朗斯坦(Rubin Braunstein)发现砷化镓半导体会发射红外线,可惜他和同伴们玩玩就算了,没有去找商业应用。
又过了六年,1961年,美国人毕亚德和皮特曼(James R. Biard,Gary Pittman)发现,砷化镓在加上电流时会发射红外光,他们注册了专利,次年这项发现就投入应用。同样在次年,第一个可见光LED被发现,发出红光。从红外的波长900纳米到了红光的650纳米。再过十年,也就是1972年,第一个黄光LED被发现,同时,LED的亮度被提高了十倍。
但是,只有红光、黄光和绿光我们无法合成白光,我们还需要蓝光。蓝光的波长比较短,只有450纳米左右。直到上世纪末,具体是1994年,在日本日亚化工工作的中村修二用铟氮化镓制出了亮度很高的蓝光LED。中村修二的成就是建立在赤崎勇和天野浩的成就之上的。
赤崎勇是三位获奖人中年纪最大的,出生于1929年,今年85岁了。他23岁本科毕业于京都大学,35岁才在名古屋大学获得博士学位。上世纪六十年代末,快四十岁的时候,他开始研究基于氮化镓基础上的蓝光LED。80年代,高质量的氮化镓的出现帮助他研究出实用的蓝光LED,此时,他的学生天野浩加入了他的团队。在三人当中,天野浩最年轻,出生于1960年,而中村修二出生于1954年。
在中村修二之后,由于高亮度蓝光LED的出现,很快出现了白光LED。现在,最流行的白光LED并不是三原色LED的组合,而是在蓝光LED上覆盖一层淡黄色荧光粉涂层。
LED与白炽灯相比有几个优点,第一当然是发光效率高,一个白炽灯的电能转化为光能的转化率在10%左右,而LED的效率高达60%,比荧光灯还高。第二个优点是需要的电压很低,几个伏特就行了。第三个优点是寿命长,白炽灯的寿命是一千小时左右,LED寿命高达十万小时(十年以上)。不过,LED目前用在家庭照明上还不多,主要原因是成本太高。
据说,LED效率的提高速度也遵从摩尔定律,也就是说,每过三年就提高一倍。而成本呢?据说每过十年一个流明的成本就降低十倍,而每个LED封装的亮度提高20倍,这个定律叫海兹定律(Haitz's law)。如果这个定律继续成立,到了2020年,LED光源将成为最便宜的光源,假如届时全世界都用上LED,全世界用于照明的耗电将减少一半。

或者果壳上的这个彩图更吸引人?请看图说LED简史

LED简史

LED简史

所以大家也看到了,蓝光LED技术虽然是本年度诺贝尔物理学奖的获奖原因,却并不仅仅是个光电子技术或者光学的问题,而更像是个新材料的问题。©

本文发表于水景一页。永久链接:<https://cnzhx.net/photonics/news/2014-nobel-prize-physics/>。转载请保留此信息及相应链接。

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