中村修二的諾獎之路

北京時間10月7日下午5點45分，2014年諾貝爾物理學獎揭曉，日本科學家赤崎勇（Isamu Akasaki）、天野浩（Hiroshi Amano ）和美籍日裔科學家中村修二（Shuji Nakamura ）獲獎。獲獎理由是“發明了高效藍光二極管，帶來了明亮而節能的白色光源”。

相關解讀《V族的革命》

公元02007年10月3日，一位叫做周正龍的農民聲稱拍到了一隻野生華南虎，鎮坪縣林業局繞過安康市林業局，越級上報省林業廳，省林業廳當即決定獎給拍虎英雄2萬元，並最終演變本世紀初中國一場啼笑皆非的‘年畫虎事件’。公元01988年，在日本一個叫阿南的小城市裏，一位普通的日亞公司職員厭倦了十年來生長一些磷化镓砷化镓單晶的活，也冒然越級走進公司董事長的辦公室，提出了要製備氮化镓藍光發光二極管，董事長當即決定資助500萬美元的設備支持。三年後這位中村修二同學便在《應用物理快報》上發表了生平第一篇英文文章：一種用於生長氮化镓新穎的金屬有機物化學氣相沉積法。論文一發表便轟動了世界半導體產業界和科學界，要知道這個時候世界上有多少大公司、著名大學科研機構都在為半導體藍光光源薄膜材料的製備工藝頭痛不已，而氮化镓正是III-V族半導體材料中最具有希望的寬禁帶光學材料。

問題並不在於這些科學家們不知道氮化镓，物理學上關於這種材料的能帶結構、PN導電類型調控以及發光特性都有大量的理論和實驗上的成果，真正讓人頭疼的是如果要實現這種材料的器件化，必須要使基板材料和氮化镓晶格匹配才行！正是因為這個難題全世界科學界和產業界幾乎都把氮化镓拋在腦後，一股風地去研究能生長在砷化镓基板上的硫化鋅、硒化鋅等II-VI族半導體，即便這些半導體材料發光效率並不高，而且使用壽命很短。正如中村修二後來打趣的說，因為這些大公司的研發力量把II-VI族半導體的山頭都占滿了，不能競爭，隻有另辟蹊徑走別人不走的路。

一個人走在這條荒無人煙的路上，這確實是一條中村修二自己踏出的路，沒有實驗員，沒有助手，難怪整個科學界都感到驚訝。他在短短四年時間克服了兩個重大材料製備工藝難題，一個是高質量氮化镓薄膜的生長；另一個是氮化镓空穴導電的調控。前者他改進了金屬有機物氣相生長過程中組分氣流進入的方式，經過多達500次試驗，終於在普通藍寶石基片上獲得高電子遷移率的氮化镓薄膜；解決後一個問題采用的方法更加具有傳奇色彩，當時日本Meiji大學的Akasaki和Amano教授已經報道鎂摻雜的氮化镓薄膜利用電子束輻射可以實現空穴導電，但是中村修二實驗發現隻要控製工藝中的氫氣濃度就可以大規模地得到p型摻雜材料。01994年4月，當中村修二在美國舊金山舉辦的春季材料會議上打開他發明的藍色激光器那一瞬間，整個會議廳的科學家們如同小孩看煙火一般不斷發出讚歎的聲音。

我有時候很驚訝為什麽日本這個國家總是出現這麽多科學上的‘奇跡’，中村修二是個公司的普通職員而已，發明藍色激光器之前他也隻是日本一個不知名大學（德島大學）畢業的碩士生。回想到02002年諾貝爾化學獎獎給日本的田中耕一，一時間世界化學家們都不知道這個人是誰，日本化學界也都茫然地麵對記者的提問，後來才知道田中耕一隻是島津製造所的一個小職員，本科生學曆，所發表的關於測定蛋白質質量的論文也隻是登載在日本一個小刊物上。我在想，當我們科學界沉醉於談論SCI、影響因子和量化指標的時候，科學變成了一個急功近利炫耀的舞台，而不是充滿冒險、樂趣、堅守和奉獻的探索之旅，浮躁有理麽？我們的科技體製到底要將科學軌道扳向何方？

閑聊一句，中村修二雖然把最有顯示度的結果都發表在美國的《應用物理快報》上麵，但是對於核心的工藝成果卻是通通發表在《日本應用物理雜誌》上麵。當然器件物理領域一些繁瑣的革新是無法上一些物理化學明星期刊的，成果的優劣當然沒有必要用這些期刊的高影響因子來證明。我們很多時候喜歡反過來說，國內大學科研院所網站上科技新聞的特點就是一有突破就是在Nature，Science，JACS，PRL等等上麵發了什麽文章，如果沒有這些期刊充麵子簡直提不上創新。另一方麵，為什麽中村會將工藝上的突破全部讓本國刊物來發表？我猜測這個和日本應用物理學會對於重大知識產權的保護有很大的關係，如果試圖發表在他國刊物上，必然會經受‘同行求疵’而不是‘同行評價’，嚴重的還會出現被壓製或者被某個小組搶先一步發表。原創性成果的搶先發表有時候是科學家們的戰爭。但是我還是鼓勵好的成果在做好知識產權保護之後（如申請專利或者在國際會議上簡要宣布）發表在國際刊物上，我不認為這是學術殖民化，難道美國人會因為向英國《自然》投稿而感到被殖民化？真正的問題在於我們如果選擇在一個平等的舞台上表達，就要麵對暫時性的開發利用能力的不平等。在知識的轉化上麵我們是遠遠處於劣勢的，這是真正讓人感到不平衡的地方。如果我們因為領悟力不足而放棄在世界舞台自主創新做出努力，那麽最後連交學費的機會都沒有。

中村修二發明的氮化镓發光二極管對人類的貢獻是顯而易見的：利用深紫外發光可以高效率地淨化生活用水；光纖通信的傳輸效率得到提高；超長使用壽命和高電光轉換效率的全固態白光光源將極大促進綠色能源進程。美國能源部主持的一個關於全固態照明應用節能報告中指出，02027年如果用半導體發光技術取代現有主要照明工具的話，將可以節省近660TWh，相當於讓40個1000兆瓦的發電站停工。杜祥琬院士也幫中國算了一個帳：如果都改用節能燈，可以節約一千億度電，長江三峽每年是800億度，就是說我們能節約一個三峽還要多。我總是很同情環保主義者的很多偏激做法，之所以同情，是因為他們提供不了比科學更有效的方法來促成自然生態和人類社會融洽共處。

愛迪生曾經說過一句很有名的話：我們將生產出最便宜的電力，讓富人去買蠟燭！半導體發光照明的最終實現，將來在昏黃的白熾燈下懷舊或會變成一種奢侈的享受呢。這真是一場III-V族半導體引發的能源革命。

附錄

關於深紫外應用的報道

《我國自主研發成功世界唯一實用化深紫外固態激光源前沿裝備》

由中科院承擔的國家重大科研裝備“深紫外固態激光源前沿裝備研製項目”9月6日通過驗收，使我國成為世界上唯一一個能夠製造實用化、精密化深紫外全固態激光器的國家。

我國科學家已應用該係列裝備在石墨烯、高溫超導、拓撲絕緣體、寬禁帶半導體和催化劑等領域獲得了一係列重要研究成果，使我國深紫外領域的科研水平處於國際領先地位。

深紫外技術與裝備在物理、化學、材料、信息、生命、資環等學科領域均有重大應用價值。目前世界上深紫外波段科研裝備存在能量分辨率低、光子通量小等不足，已不能滿足深紫外波段前沿科學發展需求。

在財政部專項資金支持下，中科院研製成功了具有自主知識產權的深紫外固態激光源係列裝備，包括：深紫外非線性光學晶體與器件平台、深紫外全固態激光源平台，以及基於這兩個平台研製的8台新型深紫外激光科研裝備，分別是：深紫外激光拉曼光譜儀、深紫外激光光化學反應儀、深紫外激光光發射電子顯微鏡、深紫外激光光致發光光譜儀、深紫外激光自旋分辨角分辨光電子能譜儀、光子能量可調深紫外激光光電子能譜儀、深紫外激光原位時空分辨隧道電子譜儀、基於飛行時間能量分析器的深紫外激光角分辨光電子能譜儀。

據介紹，中科院科研人員經過10餘年的努力，在國際上首先生長出大尺寸氟硼鈹酸鉀晶體，並發現該晶體是第一種可用直接倍頻法產生深紫外波段激光的非線性光學晶體。在此基礎上發明了棱鏡耦合專利技術，率先發展出直接倍頻產生深紫外激光的先進技術。目前，中科院在棱鏡耦合器件上已獲中、美、日專利，使我國成為世界上唯一能夠研製實用化、精密化深紫外固態激光源的國家。

驗收會上，專家一致認為該項目是我國自主研發高精尖儀器的成功範例，屬於源頭創新工作。中科院院長白春禮表示，該項目的實施打造了我國“晶體-光源-裝備-科研-產業化”的自主創新鏈，形成了創新的項目組織與管理模式，對學科交叉麵廣、跨度大、探索性和工程性均很強的原創性重大科研裝備自主創新積累了寶貴經驗。

據了解，在科技部支持下，中科院已啟動了深紫外儀器設備的產業化開發工作，逐步將其推向市場；並在財政部支持下啟動了二期工作，將進行6台國際領先水平的儀器設備研製，繼續推動深紫外技術的深度開發。
   （ZT）