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科学技术

照亮未来的蓝色LED

与诺贝尔奖物理学奖得主天野浩教授的对话





2014年的诺贝尔物理学奖颁给了把高效率蓝色LED变成现实的三位日本研究者,他们是名城大学的赤﨑勇教授、名古屋大学的天野浩教授和加州大学圣塔芭芭拉分校的中村修二教授。

与白炽灯泡和荧光灯相比,LED更加节能,发热更少,使用寿命也更长。由于赤﨑教授、天野教授和中村教授的努力,世界上目前拥有了红、绿、蓝三种颜色的LED,一举拓展了LED的应用范围。从液晶显示器和手机的背光屏幕、交通信号灯开始,短短数年白色LED灯已经在家庭生活中普遍使用。在有了蓝色LED之后,还能制作出比普通DVD更大容量的蓝光光盘。

作为诺贝尔奖得主之一的天野教授有着一个非常具体的目标——通过自己的双手把蓝色LED变成现实,怀着这种意向的天野教授在他还是大学四年级学生的时候就加入了赤﨑教授的研究室。“但是要把蓝色LED制作出来,其难度远远超出我的想像。”天野教授回忆道。

红色和绿色LED早在1960年代就开发出来了,但无论世界上的研究者怎么去努力,蓝色的LED始终还是没能够实现。这其中最大的瓶颈是制作出能形成发光元件的晶体。在赤﨑教授的研究室,研究反复进行的重点是制作出氮化镓晶体,但还是没能制作出所需要的均匀而且大的晶体。

这个困境在当时还是研究生身份的天野教授加入实验后找到了突破口。氮化镓只有在高温高压的环境才能发生反应,为了克服这一弱点,天野教授在氮化镓和基板之间加进去了可以在低温进行反应的氮化铝,通过这样的夹层从而制作出了晶体。在使用这样的方法后,他在世界上首次成功地实现了蓝色LED元件的制作。

“这一次作为诺奖的得主,是我在研究生期间,从24岁到29岁,长达六年时间研究的回馈。在自己如此年轻时候所做出的业绩,现如今能通过诺贝尔奖而得到了公认,我希望这一事情能够成为现在青年研究者们的一个刺激和鼓励。”天野教授说到。

现在,LED灯照明可以节能最高达到60%,这是白炽灯泡好几倍的效果。虽然如此,剩下的40%光能还是被发热消耗掉了。而且,LED在非常小的空间流通着很大的电流,尽管每一个单位只消耗了很小的能量,但能量密度确相当高。正是因为高温这一弱点,对LED的表面焊接部件产生了影响,并导致产品成本较高。

尽管LED现在的价格和数年前相比已经降低了不少,但天野教授还是认为太贵了。“我的研究的原动力就是——对人有用。但为了让世界上所有人都能使用得上LED,目前的价格还是太高了。所以,我们的目标就是到2020年为止,让LED的成本降低到目前的五分之一以下,而且还要研究以提高能源利用效率。”

当被问到LED研究的魅力和乐趣时,双眼泛着光的天野教授回答说:“事实上,当我们创造出东西时,它必定会闪烁会有价值。”即使在获得诺贝尔奖之后,作为研究者的心态也没有改变,那就是相信由LED带来的未来会更加明亮,并继续前行。



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