物理學諾貝爾獎表彰節能燈泡

赤崎勇、天野浩和中村修二因發明藍色發光二極體而榮獲 2014 年物理學獎

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今年,諾貝爾委員會決定表彰一項造福所有人的物理學發現:燈泡。 2014 年諾貝爾物理學獎授予赤崎勇、天野浩和中村修二,以表彰他們發現的藍色發光二極體 (LED),這種二極體實現了現代節能光源。
 
瑞典林雪平大學諾貝爾獎委員會成員奧勒·英迦納斯在 10 月 7 日宣佈該獎項的新聞釋出會上說:“大約四分之一的電力消耗用於照明。用更少的電力獲得更多的光照,真的會產生巨大的影響。”
 
新的諾貝爾獎獲得者為實現藍色 LED 努力多年,藍色 LED 與紅色和綠色 LED 相結合,可以產生白光。紅色和綠色版本自 1960 年代就已經存在,但藍色版本大約又花了 30 年才實現。“很多大公司真的嘗試過這樣做,但他們失敗了,”瑞典查爾姆斯理工大學諾貝爾獎委員會成員佩爾·德爾辛說。“但這些人堅持不懈,他們反覆嘗試,最終他們成功了。”
 
這項成就需要生長高質量的氮化鎵晶體,它是半導體。在半導體內部,電子和“空穴”(即沒有電子的空間)可以在晶格中移動,從而允許電流流動。當向半導體施加正確的電壓時,電子和空穴會重新結合併發出光。光的波長(顏色)取決於帶隙,即釋放材料中電子所需的能量。氮化鎵的帶隙允許它產生紫外光和藍光。
 
透過藍色 LED 的發現而實現的白光光源比傳統的白熾燈泡壽命更長,所需能量更少。白熾燈泡使用電力加熱金屬燈絲,因此會以熱量的形式釋放能量,而不僅僅是光,從而浪費能量,而 LED 可以更有效地將能量直接轉化為光,而不會產生熱量。LED 還避免了其他光源(如熒光燈)的弊端,熒光燈依賴於汞。這項技術現在照亮了我們的智慧手機螢幕和手機手電筒,以及許多家用燈,甚至聖誕樹上的閃爍燈。德爾辛說,由於紫外線可以殺死細菌,藍色 LED 未來可能被用於消毒水。“我真的認為阿爾弗雷德·諾貝爾會對這個獎項非常滿意。他希望他的獎項授予那些造福人類的發明。”
 
赤崎和天野在名古屋大學合作進行了這項發現,而中村在日本德島的日亞化學公司獨立工作。他現在是加州大學聖塔芭芭拉分校的工程學教授。他於當地時間週二凌晨 3 點前得知自己獲獎,並透過電話參加了新聞釋出會,描述了獲獎的感覺。“這太不可思議了,”中村說。“這太棒了。難以置信。”
 
赤崎也接到了電話通知,但諾貝爾獎委員會在宣佈時還沒有聯絡到天野,因為他碰巧正在從日本飛往法國。“我認為他們實際上沒有為此做好準備,”瑞典皇家科學院常任秘書斯塔凡·諾馬克說。“他們並沒有整天或整夜都在等待這個電話。”
 
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Clara Moskowitz is a senior editor at 大眾科學, where she covers astronomy, space, physics and mathematics. She has been at 大眾科學 for a decade; previously she worked at Space.com. Moskowitz has reported live from rocket launches, space shuttle liftoffs and landings, suborbital spaceflight training, mountaintop observatories, and more. She has a bachelor's degree in astronomy and physics from Wesleyan University and a graduate degree in science communication from the University of California, Santa Cruz.

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