欧阳钟灿，1944年生，福建泉州人。中国科学院院士，中国科学院理论物理所原所长、研究员。清华大学自控系毕业，先后获固体物理专业硕士，光学专业理学博士学位，理论物理博士后。曾到柏林自由大学从事合作研究。主要从事液晶、生物膜理论、DNA生物大分子弹性性质及蛋白质折叠研究。目前主要从事液晶、生物膜理论、DNA生物大分子弹性性质及蛋白质折叠研究，此一研究方向是物理、化学、生物学的交叉领域。于2015年当选为日本应用物理学会国际会士。日本应用物理学会是日本规模最大、最有影响力的学会之一，这是中国大陆学者首次获此殊荣。

　　

　　2014年度的诺贝尔物理奖授予日本日本名城大学赤崎勇（Isamu Akasaki）、名古屋大学天野浩（Hiroshi Amano）和美国加州大学圣巴巴拉分校的中村修二（Shuji Nakamura，美国籍）。此次的获奖理由是“他们发明了高效蓝光发光二极管（LED），该项发明使得高亮度、低功率的白光光源成为现实。”

　　这是应用物理学领域获奖，三位获奖者是日本应用物理学会名誉会士，这对于日本应用物理学会来说是一个很大的荣誉和骄傲。瑞典皇家科学院评奖委员会编写的物理学奖的科学背景（Scientific Background）获奖的根据引用的16篇三位获奖者论文中有10篇SCI影响因子很低的《日本应用物理杂志》（Jpn.J.Appl.Phys，JJAP）登载论文，这些论文在日本应用物理学会的HP IOP Publishing的网站的链接免费公开。

　　三位获奖者根据氮化物半导体开发出来蓝色高亮度LED，低功率，小型化，轻巧，使用寿命长等的出色表现，给大容量光记录装置，全彩色显示器，液晶背光源和21世纪照明器具等带来了革命性的进展。而且，蓝光LED的成功也为氮化物半导体高速，高耐压，耗电量低的功率半导体和环境技术的发展带来新的期待，在家电，汽车，电车，电力网等将有巨大的应用前景。

　　尤其是，三位获奖者在研发蓝光LED过程中，从基础研究到产业化，历尽千辛万苦，不追求发表“高大上”SCI论文，20年磨一剑的科学创新精神，对于正在实践“创新驱动”的我国广大科研人员与大学生研究生都有学习与借鉴的“正能量”的意义。

　　

　　

　　“光子学”是一门新近发展起来，具有重要应用电气工程学的分支科学，研究光子辐射的技术应用。光子的波粒二重性给出其能量E和光速c与波长λ有一个简单关系，

　　E=hc/λ

　　其中h是普朗克常数。如果以电子伏特为能量单位，上述公式可写为：

　　E（电子伏特）=1.24/λ（微米）

　　地球的活力是由太阳内部核聚变产生的光子辐射到达地球表面的能量所提供，令人深思的是，其能谱的峰值范围正是我们儿时就知道的“赤橙黄绿青蓝紫，一条彩练当空舞”的可见光，从紫色（0.4微米）到红色（0.7微米）。感谢造物主的造化，这也是我们眼睛能够感受的能量范围，由上面公式，约为1.5-3.0电子伏特。令人不可思议的，这也是地球上常见半导体电子价带到导带的能隙（具体见下节）范围，0.5-4.0电子伏特。因此，从能量守恒，半导体电子可以吸收光子从价带跳到导带产生光伏制造太阳能电池，或形成可以记录影像的光电探测器与电荷偶合器件（CCD）而诞生推翻“胶卷”照相的数码相机革命，CCD产生的数字图像可以在互联网瞬时传播到全世界，使人们用智能手机产生“千里眼”的神话（如微信）享受。反过来，在半导体PN结（具体见下节）输入电能也能激发电子从价带跃迁到导带而在价带产生空穴，在适当的电压作用下及合适入射光子诱导下，导带电子会回落与空穴复合而产生光子从半导体向外发射，从而诞生发光LED与半导体激光器。因此，光子学的发展必然与半导体电子学发展同步，基于半导体的光子学与基于半导体的电子学的组合被称为光电子学（optoelectronics），它是人类第三次工业革命，信息时代诞生的科学技术的基础。在半导体激光器发明以前，人们用模拟电信号在金属丝传递信号，这就是大家在上世纪使用的电报电话，但自从半导体激光器诞生后，我们可以把激光信号导入很细的玻璃丝-光纤（比铜丝便宜几百倍），以最小的损耗（与铜丝比），不受外界电磁噪声（雷电、收音机、电视机、电动机等）干扰，最大的带宽（因为不同频率光波传播的独立性），使得大量数字化信息同时在一条光纤传播。光纤与CCD是光电子学对信息技术革命最明显的贡献，因此，两项应用物理的发现在2009年被授予诺贝尔物理奖。而同样是光电子学发现的LED为什么直到5年后才被授予诺贝尔物理奖？我们下节将根据瑞典皇家科学院物理部编写《高效蓝光LED成就了高亮度节能白光光源——2014诺贝尔物理学奖的科学背景》（详细的译文可参见哈尔滨工业大学化工学院甘阳教授在科学网的博文：

　　http://www.semi.org.cn/news/news_show.aspx?ID=39305&classid=125），以及笔者对其中涉及的半导体能带理论知识的补充，给予回答。

　　

　　

　　半导体物理能带理论和p-n结研究在上世纪40年代就取得很大的进展，标志性的突破就是1947年美国贝尔电话实验室的晶体管伟大发明，Shockley、Bardeen和Brattain因此获得1956年诺贝尔奖。与此同时，研究者也意识到p-n结也能用做发光器件。1951年，美国Signal Corps Engineering实验室的K. Lehovec等就据此解释了前人在SiC发现电致发光现象：载流子注入结区后电子和空穴复合后发光。但是，实测的光子能量要低于SiC的能隙，他们认为此复合过程可能是杂质或晶格缺陷主导的过程。1955年，用其他几种III-V型化合物也观察到了载流子注入电致发光现象。1955-1956年，贝尔电话实验室的J.R.Haynes发现Ge和Si电致发光现象的机制也是p-n结区中电子和空穴的复合所致（如图1）。

　　p-n结施加正向偏压后，电子沿n到p的方向注入，空穴以相反方向注入，电子和空穴复合发光（自发发光）。LED发光效率要高，很重要的一点是所用的半导体材料为直接带隙型；间接带隙型LED发光效率不高的原因是需要光子辅助复合这一过程。LED器件的量子效率等于比值：（发射光子数）/（给定时间内接触结区中注入电子数）。

　　量子力学在固体物理的应用产生了固体的能带理论，我们用电子所处的能级，也就是电子所具有的能量来描述它。一般，固体材料的能带结构分为导带、禁带、价带。导带电子能量最高，最远离原子核。在导带的电子可以自由运动，传导电流。禁带不允许电子存在。价带靠近原子核，电子能量较低。在金属材料，其导带与价带之间的“能隙”非常小甚至重叠在一起，在室温下电子很容易获得能量而跳跃至导带而导电，在绝缘体中，价带中所有允许电子存在的状态都被电子填充，成为满带，电子无法相对运动，而且能隙很大（通常大于9电子伏特），电子很难跳跃至导带，所以无法导电。一般半导体材料的能隙约为1至3电子伏特，介于导体和绝缘体之间。因此只要给予适当条件的能量激发，或是改变其能隙之间距，使价带的电子跃迁到导带，此材料就能导电。

　　具体到半导体PN结，图1顶端电子态扩展带称为“导带”,最下端的能带称为“价带”，中间没有电子存在的能量区域就是“禁带”。p-n结施加正向外电压后会导致“能带弯曲”，这就是图1过渡区能带倾斜的原因。其实使半导体能带弯曲的还有电子的动量，它与其波矢k大小与方向有关，对于最理想球对称的材料，导带可表为E=Ec+(1/2)ak^2、而价带E=Ev-(1/2)bk^2，其中，Ec为导带底能量，Ev为价带顶能量，a与b分别是与电子与空穴质量反比的正常数。但由于实际的半导体三维晶格的各向异性，因此能带要比上述理想的双抛物线模型相去甚远，如图2所示。如果Ev与Ec处在相同的k，该半导体被称为直接带隙（如砷化钾GaAs），这有利于光子操纵，如LED，因为电子从Ec跳回Ev保持动量守恒。如果Ev与Ec不在同一k值，半导体被称为间接带隙（如硅Si），电子从Ec跳回Ev需要声子或其他光子辅助作用以保持动量守恒，这类半导体适用电子操纵，这也是硅做集成电路不能做LED的原因。

　　LED研究始于GaAs的高效p-n结的制备技术进展迅速。GaAs的优势在于其直接带隙特性—电子和空穴的复合不需要光子辅助就能进行。GaAs的带隙为1.4eV，相应发光波长在红外区。1962年夏，美国RCA研究者观察到了GaAs的p-n结发光。数月后，液氮温区（77K）的GaAs激光在三个研究组独立且几乎同时地实现，他们是美国的的General Electric，IBM和MIT Lincoln实验室。不过，激光二极管的广泛应用还要几年的时间。后来的激光二极管之所以能在室温下连续工作，需要提升对载流子的约束并降低损耗，而这些要归功于异质结构（Z.I.Alferov和H. Kroemer的相关研究获2000年诺贝尔奖）以及稍后量子阱的发展。

　　为了获得可见光的LED，禁带宽应在1.8-2.9电子伏之间，在上世纪50年代末用GaP（间接带隙为2.2eV）采用不同浓度的各种掺杂（例如Zn-O或N），人们获得了红光到绿光的不同发光波长LED，并在1960年代后期被量产。特别是美国General Electric实验室的N. Holonyak Jr.等在1950年代后期开始研究GaPxAs1-x体系（x<0.45具有直接带隙特性）成功制备出基于该体系的p-n结并观察到LED发光，在1962年还报道了710nm的激光二极管。

　　为了避免间接带隙复合发光低效困难，人们发展了掺杂等电子陷阱的方法，1973年N.Holonyak Jr在GaPxAs1-x的混合晶体掺杂N取代P，由于N与P价电子数目相同，被称为等电子中心，虽然这种中心是电中性，但却能俘获一个导带电子，成为负电中心的电子陷阱从而束缚价带中的空穴，这种陷阱-电子-空穴复合体中电子与空穴复合能发出能量小于禁带的光子，从而从改变上述合金的组分x就可制造出从红到绿颜色可调的LED。

　　实现蓝光发射的历程要艰难的多。早期研究者曾尝试了高间接带隙的ZnSe和SiC，但并没有实现高效发光。成就蓝光LED的材料是GaN（氮化镓），GaN是一种III-V型半导体，属纤锌矿结构。GaN能在蓝宝石（Al2O3）或SiC衬底上生长，尽管其与衬底的晶格常数不同。GaN也能通过掺杂来改性，如掺Si后为n型半导体，掺Mg后为p型半导体。但掺杂会干扰晶体的生长过程，使之易碎。一般而言，GaN晶体中的缺陷赋予晶体良好的电子迁移率，也就是说，未掺杂的GaN是天然的n型半导体。GaN的直接带隙为3.4eV，相应发光波长在紫外区。

　　1950年代末期，Philips Research实验室已经开始认真研究基于GaN的新发光技术的可行性，尽管那时GaN的带隙才刚刚被测定。H.G.Grimmeiss和H. Koelmans用不同的激活剂，实现了基于GaN的宽光谱段高效光致发光，据此他们申请了一项专利。然而，当时GaN晶体的生长非常难，只能得到粉末状的小晶体，这样是无法制备p-n结的。Philips的研究者决定还是集中力量研究GaP体系（见前述）。

　　1960年代末期，GaN晶体生长已经可以籍HVPE技术（Hydride Vapour Phase Epitaxy，氢化物气相外延）在衬底上沉积来实现了。美国、日本和欧洲的数个实验室，均在研究GaN的生长和掺杂技术，以期实现蓝光LEDs。但是，材料方面的几个问题看起来还是难以逾越——表面粗糙度没法控制，HVPE生长用材料被过渡金属杂质污染，用作p型掺杂的原子被H钝化（H与受体掺杂原子形成配合物）。其中，当时无法理解H的作用机制。该领域的带头人J.I.Pankove在一篇1973年的综述中作了如下评述：“尽管过去两年GaN的研究有不少进展，该领域仍然存在很多问题。GaN技术的主要目标应该定位于（1）无应变单晶的合成制备，（2）浅能级受体原子的高浓度掺杂”（以提供有效的p型掺杂）。由于p-GaN进展不顺利，该领域的研究工作再次停滞不前。

　　1970年代，涌现出MBE（Molecular Beam Epitaxy，分子束外延）和MOVPE（Metalorganic Vapour Phase Epitaxy，金属有机气相外延）这样新的晶体生长技术。研究者开始用这些技术生长GaN 。早在1974年，赤崎勇开始研究GaN，当时他任职于东京的松下研究所。1981年，他开始担任名古屋大学的教授，并与天野浩等一起继续GaN的研究。直到1986年，他们用MOVPE技术才获得了晶体质量高、光学特性好的GaN。取得这一突破的背后是长期系列的实验和观察的积累，天野浩最近在北大百年讲堂（2015年8月31日）报告说，为了得到这个晶体，他连续做了1500次实验。薄层（30nm）多晶AlN先在蓝宝石衬底上低温（500°C）成核，然后被加热到GaN的生长温度（1000°C）。加热过程中，AlN层演化为具有细晶粒和择优取向（也是GaN后续生长方向）的组织结构。生长的GaN晶体中，位错密度开始很高，但随厚度达到几微米后迅速降低。实现GaN的高表面质量，对LED器件制备后续步骤中的薄多层结构的生长非常重要。终于，他们首次得到了高质量的器件级GaN（如图3a所示）。另外，他们也能生长n型掺杂本底浓度很低的GaN晶体。任职于日亚化学公司（Nichia Chemical Corporation，当时是日本的一家小型化学公司）的中村修二后来也开发出一种类似的技术，即用低温生长的薄层GaN替换AlN。

　　制备GaN的p-n结的一个主要问题是难于可控地实现GaN的p型掺杂。1980年代末期，天野浩、赤崎勇等取得了一项重要发现：他们注意到用扫描电镜观测Zn掺杂的GaN时，发光量得以增加，表明此时p型掺杂效果更好。同样，Mg掺杂的GaN经低能电子辐照后，p型掺杂效果也有提升。这一重要突破扫清了GaN的p-n结研究的障碍。

　　中村修二等在几年后解释了电子辐照效应的机理：Mg或Zn等受体掺杂原子与H形成配合物而被钝化，而电子束则能解离这些配合物，从而活化了被钝化的掺杂原子。中村修二发现即便简单的热处理（退火）也能有效活化Mg受体掺杂。

　　制备高效蓝光LED的关键一步是合金（AlGaN和InGaN体系）的生长和p型掺杂，这些是制备异质结所必需的条件。1990年代初期，赤崎勇研究组和中村修二研究组成功制备出了此类异质结。

　　红外LED和激光二极管的研究已经表明：异质结和量子阱是实现高效率的保障。在异质结和量子阱中，电子和空穴被注入到极小空间内，其内的复合过程更高效、损耗小。赤崎勇等研发出基于AlGaN/GaN的异质结构，中村修二则利用InGaN/GaN组合、InGaN/AlGaN组合来制备异质结、量子阱和多量子阱，并大获成功。1994年，基于InGaN/AlGaN双异质结（如图4），中村修二等实现了2.7%的量子效率。籍此重要突破，高效蓝光LED的研发和应用的道路终于畅通无阻。两个研究组继续研发蓝光LED，目标是更高效、多样化和广泛应用。两个研究组在1995-1996均实现了基于GaN的蓝光激光（图4）。

　　现今的高效GaN LED确实源自不同领域的长时间积累和多项相关突破，包括基本材料物理和晶体生长领域的突破、先进异质结构设计相关的器件物理领域的突破，以及出光率优化设计相关的光学物理领域的突破。有关蓝/绿/红和“白”光LEDs的历史发展进程可以总结如下（图5）。

　　照明技术正在经历一场革命，即从使用白炽灯泡和荧光灯管过渡到使用LED的革命。爱迪生在1879年发明了白炽灯泡，其效率仅约16lm/W，也就是说电转化为光能的效率仅有约4%（流明（lumen，lm）是表征光通量的单位，已经将人眼的光谱响应考虑在内）。P.Cooper Hewitt在1900年发明了荧光灯管（含水银），其效率达70lm/W。与上述白炽灯泡和荧光灯管相比，目前白光LED的效率已经达到了300lm/W，也就是说其wallplug效率超过了50%！

　　照明用白光LED通常是利用高效蓝光LED激发荧光材料将蓝光转换为白光。高质量LED具有很长的寿命（100000小时），也越来越便宜，因此其市场正呈爆发式增长。不久的将来，三色LED或许会取代目前的蓝光LED+磷组合来实现高效照明。这一技术将实现光颜色组成的动态控制。

　　用LED取代白炽灯泡和荧光灯管将极大地缩减照明用耗电量。因为照明用电占整个工业经济耗电量的20-30%，各国正大力推广用LED取代传统照明技术。

　　如今，GaN LED是液晶显示（LCD）背光源的主导技术，该技术正广泛用于手机、平板电脑、笔记本电脑、电脑显示器、电视屏幕等。蓝光和紫外光GaN激光二极管正用于高密度DVD，推进了音乐、图片和电影的储存技术。展望未来，可能的应用将包括紫外光AlGaN/GaN LED用于水净化处理、紫外光杀灭细菌/病毒/微生物的DNA等。在电力供应不足或没有通电的地方，白天可以用太阳能电池板发电并储存在电池中，晚上从电池供电给白光LED实现照明。在这些地方，我们见证了从煤油灯到白光LEDs的直接过渡。

　　总结起来，蓝光LED发明为何能够在2014年获奖呢？其答案可以从瑞典皇家科学院公布的正式获奖理由中找到。获奖理由的第一句话是“发明了有助于节能的高亮度白色照明光源——蓝色LED”。如果将这句话省略为“发明了蓝色LED”，就会让人很难理解为何能在今年获奖。蓝光LED能够在2014年获得诺奖，恐怕是因为超过现有照明的高亮度节能LED照明在最近1～2年内得以实现的结果。白炽灯的发光效率为15～20lm/W，荧光灯（包括照明器具在内）为60～100lm/W。曾经在很长一段时间内，LED照明（包括照明器具在内）的发光效率（器具效率）与荧光灯没有很大差别。所以仅凭这一点，就不能断言“白炽灯泡照亮了20世纪。LED将会照亮21世纪”（瑞典皇家科学院）。这是因为如果LED照明的效率不提高的话，荧光灯也是一个选择。

　　LED照明（包含照明器具在内）的发光效率（器具效率）直到2013年前后才大幅超过100lm/W。部分LED照明产品的器具效率在2014年上半年快速提高至140～190lm/W，远远超过了荧光灯，甚至还出现了照明器具的效率达到200lm/W的开发实例。正如瑞典皇家科学院所提到的那样，2014年出现了美国科锐的效率超过300lm/W的开发实例。也就是说，出现这些开发实例之后，LED照明才进入了可以称为“21世纪照明灯”的阶段。这也就是为什么直到2014年蓝光LED才有可能获奖的原因。

　　

　　

　　令人欣慰的是，有“工程诺贝尔奖”之称的美国国家工程科学院最高奖，查理·斯达克·德雷拍奖，2015年2月也授予五位LED行业先驱者（图6）：赤崎勇1987年创造了第一个蓝光LED，乔治·克劳福德（M.George Craford）1972年发明了第一个黄光LED，罗素·杜普伊斯（Russell Dupuis）1962年发明了第一个红光LED，中村修二（Shuji Nakamura）1992年，开发出了基于GaN的高亮度蓝光LED。这就平息了2014年诺贝尔奖公布时，美国科学家们的抱怨：为什么蓝光LED可以获奖，我们先发明红光LED反而不能获奖？这里比较委屈的是诺贝尔奖得主天野浩被排除在外。但从笔者来看，天野浩是会理解的，因为迄今为止，每年的德雷拍奖得主都不会超过五人。笔者2015年9月13日到名古屋召开的76届日本应用物理学会（JSAP）去领JSAP国际会士奖，曾幸会天野浩（图7），他仍然显得神采奕奕。

　　两个国际大奖联袂竞相颁发给LED说明发明LED的重要性，而诺奖抢先给奖这在历史上还是第一次，因为作为老大哥的诺贝尔奖一般都是要获奖者先获其他奖无数才肯给予诺奖，以德雷拍奖为例，有三届德雷拍奖部分获奖者后来被授予诺奖：1989年(首届)，杰克·基尔比(Jack S.Kilby，2000年诺贝尔物理奖）和罗伯特·诺伊斯(Robert N.Noyce)发明集成电路；1999年，高锟(Charles K.Kao，2009年诺贝尔物理奖），罗伯特·D·毛拉(Robert D.Maurer，和约翰·B·麦克彻斯尼(John B.MacChesney)发展光导纤维；2006年，威拉德·博伊尔(Willard S.Boyle2009年诺贝尔物理奖)和乔治·埃尔伍德·史密斯(George E.Smith，2009年诺贝尔物理奖)发明电荷耦合元件（CCD），数码相机和其他广泛应用的成像技术的核心器件。尤感高兴的是，2014年9月19日在四川省德阳市第四届学术大会上，笔者在题为《近三年“工程诺贝尔奖”漫谈：液晶显示、手机、与锂离子电池》的报告中就预言2015年“工程诺贝尔奖”将授予LED（见《科学中国人》2014年21期）。这表明2014年诺贝尔物理奖的意义在于诺贝尔评奖委员会开始回归于诺贝尔本人设奖的意愿。

　　诺贝尔奖是瑞典出生的炸药发明家、工程师阿尔弗雷德·诺贝尔于1895年(即他去世的前一年)手书了一纸文件后设立的。这份仅有275个单词的文件明确限定了该项由诺贝尔本人的相当可观的地产所积累的基金将用于奖励那些,在过去岁月中给全人类带来巨大利益的科学成就。诺贝尔设计了5项奖,分别对在物理学、化学、生理学或医学领域作出最重要贡献的个人,对在文学领域创作出最优秀作品以及在促进世界和平方面作出杰出贡献的人士设立专门奖金。

　　诺贝尔还言明,科学奖中的物理和化学奖由瑞典科学院负责评选.尽管诺贝尔本人不会将发明和工程技术成就摈弃于纯科学之外,然而瑞典科学院却将基础科学局限于物理和化学两大领域. 此外,瑞典科学院通常更注重获奖名人的长期成就和毕生工作而非遵循诺贝尔当初的意愿,即某项成就一经确认即可授奖。

　　基于诺贝尔本人曾受训的职业，或许是出于对这些批评的回应,1909年的诺贝尔物理学奖授予了意大利电气工程师马可尼和德国物理学家布劳恩，首次颁奖的7-8年后,诺贝尔奖的评选已形成某种框式,当时的“纽约论坛报”曾这样反映了科学界内外人士的看法:诺贝尔基金会的最大特点之一是它忽他们在无线电报装置方面的贡献；1912年又因达伦在发明航标灯自动调节器方面的成就而授予其该年度的物理奖。然而这种对工程成就的认可归根结蒂是无规则的、欠系统性的。这样,诺贝尔本人生前很明确的有关要承认并奖励工程成就的意愿实际上已被排除在诺贝尔奖之外。

　　诺贝尔本人当初并未考虑设立的奖项—诺贝尔经济学奖于1969年首次颁发,它是由瑞典银行出资设立的,该奖的全称为“瑞典银行为纪念诺贝尔所设立的经济学奖”。此例一开,其他一些有代表性的学科如数学,也急于找到诺贝尔基金会,希望也能为之增设专门奖项. 截止到80年代初期,诺贝尔基金会对此类申诉一概不受理.因此,1986年诺贝尔基金会明确拒绝美国工程科学院有关申报设立诺贝尔工程奖的请求。

　　为此，1988年,美国国家工程科学院设立了查理·斯达克·德雷拍奖.该奖是两年一度授予（从2001年起每年一次）那些为全人类的幸福和自由作出杰出工程成就的个人。主要由位于麻省坎布里奇的查理·斯达克·德雷拍实验室捐助的德雷拍奖由一枚金质奖章和37.5万美元（现在50万美元）奖金组成。关于德雷拍其人以及都由哪些人获得了该奖.这些获奖人的简要成就等可能外界仍然知之甚少。

　　外界对德雷拍奖评价如何,其两年一度（现在一年一度）的获奖工作作为诺贝尔奖的必不可少的补充而确立了自己的特色、地位。正如Science杂志在第二届德雷拍奖颁发之后所言:伟大的工程技术成就终于有了一个认可的奖项,就该奖获奖人的创造性发明的价值及其对人类的意义而言.其意义绝不低于甚而超过了诺贝尔奖。（详见Henry Petroski，《科学美国人》1994年1-2月号，江世亮译） 

　　

　　

　　2014年诺贝尔物理奖公布后，《日经电子》记者野泽哲生，有如下评论： 

　　“从诺贝尔物理学奖的定位来说，此次有好几个方面都打破了以往的“传统”。一个是“缺乏新理论”。以前，诺贝尔物理学奖即便是因为实验性成果获奖，也需要在作为背景的物理学见解上提出新的内容。比如，获得2010年诺贝尔物理学奖的是安德烈·海姆（Andre Geim）和康斯坦丁·诺沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）发现的“划时代石墨烯制备方法”。诺沃肖洛夫等人不仅发现了制备方法，还在理论方面取得了巨大成果，比如，预测称石墨烯上的电子会作为“有效质量为零的粒子”发挥非凡的性能。

　　2014年诺贝尔物理学奖的核心是，开发出了蓝色LED使用的氮化镓（GaN）晶体的制作技术。虽然该技术开发出来后对社会的影响极大，但不能说因为可以制作出这种晶体，物理学方面的理论研究就会深入一大步。人们很早以前就已经充分认识到，如果能够用GaN这样的大带隙材料实现LED，就能发出 蓝色光。在1940年代半导体pn结被制作出来时，LED的发光原理就已经被预测出来。第一个制作出发光LED的人是当时在美国通用电气公司任职的的Nick Holonyak。Holonyak于1962年开发出了红外线LED，并获得1989年的IEEE爱迪生奖及1995年的日本国家奖等。Holonyak如今仍然健在，恐怕也会有人因为此次未将他列入获奖名单而感到遗憾。

　　此次诺奖的另一个特殊之处在于否定了一直以来的传闻，那就是“在技术开发方面取得巨大成功的人无法获得诺贝尔物理学奖”。这样的例子正在逐 步增加。2009年获奖的“长距离光纤与CCD传感器”的开发者也是一个典型例子，同样也是一个在物理学理论方面缺乏新见解的获奖例子。

　　二战后，被称作“电子诺贝尔奖”的“IEEE爱迪生奖”的获奖者就几乎没有获得诺贝尔物理学奖的，这也为前面提到那则传闻增添了合理性。顺便一提，日本东北大学名誉教授西泽润一于2000年获得了IEEE爱迪生奖。此次，曾在2011年获得IEEE爱迪生奖的赤崎拜托了这种“厄运”。最近几年，诺贝尔物理学奖的上述变化更为明显。二战前也有“无线通信技术开发”等获奖例子，但二战之后的很长一段时间里，获奖的大多是基本粒子物理学、天文学或者物性物理基础研究方面的成果。

　　二战以后，与电子行业直接相关的技术获诺贝尔物理学奖的情况并不多，只有1956年获奖的晶体管开发技术，以及江崎玲于奈因开发隧道二极管（江崎二极管）而在1973年获奖。

　　后来，杰克·基尔比（Jack Kilby）等人因开发集成电路而于2000年获奖，以此为开端，因开发划时代电子技术而直接获奖的例子接连不断。2005年以后，每隔1～3年便会有这样的技术获奖。关于石墨烯技术，虽然像前面提到的那样，处于实验和理论之间，但很可能会作为新一代电子技术发挥重要作用。

　　有用的电子技术获得诺贝尔物理学奖的情况大幅增加的原因之一是，“正统派”物理学已穷途末路。“希格斯粒子”获得了2013年的诺贝尔物理学奖，获奖契机是以实验方式利用超大型加速器证实了彼得·W·希格斯（Peter W.Higgs）在约50年前的1964年提出的理论。虽然应该是纯粹的理论物理学研究，但却与依赖于庞大预算和设备的大科学密切相关。这也许是瑞典皇家科学院不再拘泥于“理论”的原因之一。”

　　2014年物理奖颁给三位日本（或日裔）人也值得我们反思，尤其是其中“工匠出身”的中村修二传奇在日本不是个例。2002年诺贝尔化学奖奖给日本的田中耕一，一时间世界化学家们都不知道这个人是谁，日本化学界，包括诺贝尔化学奖2000得主白川英树以及2001年得主野依良治，也都茫然地面对记者的提问，后来才知道田中耕一只是岛津制造所的一个小职员，本科生学历，所发表的关于测定蛋白质质量的论文也只张贴在日中两国同行专家在大阪大学的一个小研讨会上。中村修二是在一个民营企业——日亚公司发明蓝光LED,之前他也只是日本一个不知名大学（德岛大学，显然不是日本的“211”、“985”大学）毕业的硕士生。中村修二虽然也把有的文章发表在美国的《应用物理快报》（这个杂志现在被我国有关评价系统列入不入流的所谓II或III区SCI杂志）上面，但是对于核心的工艺成果却是通通发表在《日本应用物理杂志》（JJAP）（可能被上述评价系统列入更不入流的杂志）上面。相反，国内科技报刊、大学科研院所网站上科技新闻的特点就是一有“突破”就是在Cell、Nature，Science，JACS，PRL等等上面发了什么文章，单位没有这些期刊发表文章充面子简直提不上创新，更不能是“顶天立地”，如果评比就可能被列入“末位淘汰”。其实被报道的这些即时性“突破”、或“诺贝尔奖级”的成果，除了作者马上得到“各种人才计划”、“杰出基金”、的好处外，其后续的国际影响如何、有没有产业化的实际应用，并无人问津。NGP公司这些年几十种Nature子刊的急性膨胀伴随我们“科技论文大国”的迅速攀升，拿走了多少“真金白银”的版面费，但我们创新国家排名仍然在30位左右长期徘徊，这不值得我们反思？

　　一句话，2014年诺贝尔物理奖给我们的启示：能造福人类的应用技术将是将来诺贝尔奖关注的重点，这给我国科研人员重“理”轻“工”，以发表SCI论文论英雄的评价系统，无疑是击一猛掌。尤其是，三位获奖者在研发蓝光LED过程中，从基础研究到产业化，历尽千辛万苦，不追求发表“高大上”SCI论文，20年磨一剑的科学创新精神，对于正在实践“创新驱动”的我国广大科研人员与大学生研究生都有学习与借鉴的“正能量”的意义。