诺奖获得者天野浩：他的发明照亮了21世纪

手机屏幕、户外大屏幕、照明灯...如今，发光二极管因其节能和高效而越来越广泛地应用于显示器和照明领域。

然而，日本科学家天野弘、赤崎勇和中村修二为大规模使用发光二极管奠定了最重要的基石。2014年，他们因发明蓝色发光二极管(蓝色发光二极管)共同获得了诺贝尔物理学奖。

左起:、郝天野、

3月11日下午，名古屋大学的郝天野教授在上海科技馆发表演讲，分享了他发现蓝色发光二极管的经验以及发光二极管的应用现状和前景。这次演讲是由上海人民对外友好协会和上海白玉兰奖获得者日本友好协会主办的。

与当时致力于蓝色发光二极管发现的其他科学家相比，天野豪和他的导师赤崎勇选择了一种不太受欢迎的化合物作为研究方向。他开玩笑说，这可能是一种运气，让他在没有多少竞争对手的情况下赢得比赛，但研究过程中的艰辛也是可以想象的。

“当时，我不知道这项研究有多难。起初，为了世界的方便，我想研究发光二极管显示器。基于这个想法，我坚持了下来。”

讲座现场有许多来自复旦大学、同济大学和交通大学的物理学学生。天野豪的最后警告是认真的:“如果你在研究过程中有任何犹豫，我希望你能回到你梦想的起点，想想你为什么要做这项研究。”

天野豪

起初，研究方向并不乐观。

在20世纪，白炽灯主要用于照明。爱迪生在19世纪末发明了这种照明工具，其原理是灯丝通电并加热到白炽状态，电光源利用热辐射发射可见光。可以想象，在白炽灯发光的过程中，很大一部分能量变成热能并被消耗掉，造成严重的损失。

20世纪60年代，美国科学家发明了红色发光二极管。与白炽灯相比，发光二极管要求低电压、低电流和高得多的发光效率，这已成为新一代光源的研究热点。

光的三原色是红色、绿色和蓝色。换句话说，白光只能在三种颜色的光混合后产生。红色发光二极管发明后，为了使发光二极管商业化，绿色和蓝色发光二极管的发明成为科学家们研究的焦点。

1974年，绿色发光二极管被开发出来。后来，科学家们把他们的研究集中在碳化硅、硒化锌和氮化镓上的蓝色发光二极管上。

当时，许多人没有尝试氮化镓，而是将目光转向了另外两种看起来更有前途的材料。

但仍有一些人没有失去信心，那就是天野豪的老师赤崎勇教授。那时，赤崎勇正在企业里做研究。氮化镓不再是蓝色发光二极管研究的热点。许多人建议他不要在这个领域做更多的研究。赤崎勇将这项研究转移到名古屋大学。1982年，天野豪本科毕业后进入工作室，开始接触蓝色发光二极管的研发。

投资于不受欢迎的材料，没有资金，没有前景。最初的研究道路注定是崎岖不平的，但天野豪并不在乎，而是投入到艰苦的研究中。

“我有时认为这也是一种运气。最终，没有人会在这个方向上与你竞争，也没有人会专注于研究。”

蓝色发光二极管发明后，发光二极管照明成为可能。

天野豪回忆说，当时蓝色发光二极管的研发面临三大困难:一是无法形成高质量的氮化镓晶体；第二，不能形成氮化镓的P型结；第三，不能生产高照度的铟镓氮化物晶体。

“当时，我认为如果蓝色发光二极管能够成功，一个全新的显示器就可以制造出来，这是一个可以改变世界的重大事件。”天野豪说，他开始这项研究是为了造福世界。

进入赤崎勇工作室后，郝天野和其他学生加入了赤崎勇的氮化镓研究。

当时，研究经费非常困难。他们需要的实验设备的价格大约是1亿日元，但是工作室的资金只有270万到310万日元。为了正常开展研究，学生们讨论了如何制作自己的实验装置，并采用各种“本土方法”来克服困难。

天野豪展示了一张他们自己实验装置的照片，“照片中有一个啤酒瓶是非常重要的。实验加热需要一个线圈，线圈的大小正好等于啤酒瓶的直径。我们在啤酒瓶周围制作线圈。”

天野豪花了3年时间做学士，2年时间做氮化镓研究的硕士，但他看不到任何合成的希望。当时，他的家人不支持他的“口吃”研究，并且已经停止了他的学费。幸运的是，他在继续攻读博士学位之前获得了奖学金。

在硕士学位的最后一年，天野豪在一次讨论中受到老师的启发，想出了一种在蓝宝石衬底上制作低温缓冲层，然后在其上制作氮化镓单晶的方法。实验证明，该方法可以制备高结晶度的氮化镓晶体。这种高质量氮化镓单晶的实现被认为是蓝色发光二极管发明的“突破性技术”之一。

此后，在天野豪博士期间，工作室又成功地打了一个P结。在这些研究的基础上，1993年，中村修二成功地发明了高亮度蓝色发光二极管，使发光二极管在照明和显示方面的应用成为可能。

发光二极管能为节能做出多大贡献

发光二极管能为节能做出多大贡献？天野豪表示，根据相关统计，如果LED照明在全日本普及，可以节电7%。

这种节能的便携式照明设备对保护当地文化也有很大帮助。蒙古仍有许多人保持游牧习惯，没有稳定的电力供应。发光二极管的普及极大地保证了他们的照明，他们可以在帐篷里看电视。

“听到这个我很高兴。发光二极管可以照亮世界上15亿没有基础设施的人。”天野豪说道。

除了发光二极管照明和显示外，天野豪开发的氮化镓晶体也用于节能的其他方面。

与照明相比，驱动电机消耗更多的电能。日本在电机上使用100%的变频器来省电。然而，在将直流电转换成交流电的过程中，变频器将损失大约5%的能量，并且在几次转换之后，将损失大约四分之一的能量。

天野豪表示，将变频器中的硅半导体材料改为氮化镓，尺寸可以达到硅的十分之一，损耗也可以降低到原来的十分之一。名古屋大学的一项研究证实，这种方法的普及可以节省日本10%的电力消耗。

关于未来社会，日本内阁办公室设想了一个“超智能社会”，在这个社会中，数据以大数据的形式得到实时处理和反馈。“大量信息需要以更高的频率传输，氮化镓材料也能够提高传输频率。”

此外，天野豪还参与了同样由氮化镓制成的深紫外发光二极管的开发。大肠杆菌杀灭率达到99.9%。

“根据联合国统计，全世界有6.63亿人无法获得安全饮用水，24亿人无法使用卫生厕所。紫外线发光二极管有助于这些人使用干净的水。”

"科学研究的目的应该是造福全世界人民。"

诺贝尔奖的颁发有一定的滞后性。一项研究成果只有通过时间沉淀证明其价值，才能获得诺贝尔奖。

蓝色发光二极管发明21年后，发光二极管作为一种新能源被广泛使用。2014年，、郝天野和因对蓝色发光二极管的贡献分享了诺贝尔物理学奖。“蓝色发光二极管的出现使我们能够以一种全新的方式创造白光，”获奖感言写道。随着LED灯的诞生，我们有了更耐用、更高效的新技术来取代旧光源。"

天野豪说他获得诺贝尔奖完全出乎意料。诺贝尔奖宣布时，他正从名古屋飞往法兰克福，甚至对此事都不关心。许多得到消息的日本人在机场等他。从机场走出来的天野豪以为他们在等一个艺人，就毫不犹豫地走了过去。结果，他被一名记者拦住了。

“这是我第一次听说我获奖了。我非常惊讶。”

天野豪说，获奖是一件很开心的事情，但没有研究人员为了获奖而研究。作为一名学生，一年365天中有364天是在实验室度过的，只有在新年那天是在家度过的。从早上10: 00到半夜2: 30，我没有停止进食，“不是我没有时间做其他事情，而是我不想做，因为研究太有趣了。”

他反复提到，科学研究人员应该做研究工作，以造福全世界人民。“最近有报道称，世界上最富有的八个人的财产大约是世界上穷人财产的一半。科学研究不适合这些人。我坚信这一点。最近，*已成为一个经常性话题，基尼系数自20世纪80年代以来发生了巨大变化。我认为科技是消除这种不良现象的最好工具。”