我在撰写《材料：非常简短的介绍》（本月晚些时候出版）时，列出了所有因材料研究而获得的诺贝尔奖。奖杯可不少。第一个是1905年授予阿尔弗雷德·冯·拜耳的化学奖，获奖理由是染料（比如靛蓝和牛仔布）。现在我们又可以加上一个了，2014年的物理学奖颁给了三位发现如何制造蓝色发光二极管的日本科学家。蓝光LED之所以重要，是因为它们使得白光LED成为可能。这三位科学家是最大的赢家。白光LED照明正在席卷全球，其价值我们每个人都能理解。（顺便说一句，诺贝尔基金会做得真棒：今年的物理学奖和医学奖都关乎我们都能掌握的东西。）
但制造蓝光LED却像一场噩梦，或者至少是一段漫长的旅程。二十多年来，它一直是工业界和学术界持续研究的目标。（顺便提一下，拜耳靛蓝的合成也是类似的情况。在十九世纪末，制造工业靛蓝染料是每个人的首要任务，但合成却一直难以实现。）赤崎、天野和中村所做的，是利用一种新的半导体材料——氮化镓（GaN），并找到将其制成微型“俱乐部三明治”结构的方法。像这样的层状异质结构是许多半导体器件的核心——2000年，它们因此获得了诺贝 香港流动电话号码表 尔奖。因此，新一届诺贝尔奖表彰的与其说是蓝光LED的概念，不如说是发明了利用GaN材料制造高效可靠器件的方法。在这方面，赤崎、天野和中村取得了许多人都失败的成功。
商用蓝光LED由两层GaN晶体层构成
中间夹着一层GaN，GaN与与之密切相关的半导体氮化铟（InN）混合。InGaN层只有几个原子厚：业内称之为量子阱。研究如何生长这些极其精确的层（通常是将原子从蒸汽中沉积到光滑的蓝宝石表面上）耗时多年。
量子阱是发生作用的地方。当电流流过该器件时，负电子和正空穴会短暂地被困在量子阱中。当它们结合时，会产生少量能量，以蓝光光子的形式出现。该器件的效率取决于尽可能多地获取电子空穴对来产生光子，并防止电能泄漏到其他过程中并最终转化为热量。蓝光LED的转换效率超过50%，这比传统照明技术有了显著的提升。
菲律宾黎刹公园的 LED 太阳能灯 SeamanWell 设计的“太阳能灯 Luneta”。 CC-BY-SA-3.0 来自维基共享资源。
这如何帮助我们获得白光？
一种方法是将蓝光、红光和绿光LED的光组合在一起，就像艾萨克·牛顿的理论那样，最终得到白光。但大多数商用白光LED并非如此。它们只包含一个蓝光LED，其构造使得蓝光能够穿过一层称为荧光粉的薄涂层。这种荧光粉（通常是掺杂铈的钇石榴石）会将部分蓝光转换为波长更长的黄光。黄光和蓝光的组合呈现出白色。
或许我们应该更加关注这些神奇的小器件是如何制造出来的，以及它们是如何包装的，以及如何作为日 玻利维亚目录 常消费品的零部件以几乎零成本出售。低成本和易得性至关重要。显而易见，制造一个每瓦电能可以产生200流明光的白光LED，对于降低家庭、办公室、工业、街道照明、车辆等照明领域的能耗至关重要。它们取代了每瓦大约15流明的老式白炽灯。鉴于我们20%的电力用于照明，一盏实用的白光LED灯将带来变革。
但白光LED还有另一个好处，那就是它能为世界各地没有公共电力供应的社区带来有用的光亮。有一天，我拆开了一盏售价几美元的小型太阳能灯。我想看看里面到底有什么，尤其是能找到多少种化学元素。我把元素加起来，发现了二十多种，大约占元素周 WhatsApp 对 iPhone 是免费的吗？ 期表所有元素的四分之一。这盏小灯由一块小型太阳能电池板、一个锂电池和一个白光LED组成。它为那些以前只能使用危险的煤油灯，甚至什么都没有的人带来了白光。它还能为手机提供太阳能充电器。这盏灯中比较奇特的元素有四种，分别是LED灯中的元素、LED异质结构中的元素铟和镓，以及荧光粉中的元素钇和铈。这盏太阳能灯真的像它看起来那么简单吗？还是像成千上万的其他日常用品一样，是材料创造力的奇迹？