诺贝尔物理学奖与现代信息科技从物理发现到科(2)

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摘要：1.2 关键器件的原理突破 基础物理奠定后，人类便开始思索如何加以利用。第一步往往是关键器件的原理突破。半导体的诞生就是这样一个过程。在量子力

1.2 关键器件的原理突破

基础物理奠定后，人类便开始思索如何加以利用。第一步往往是关键器件的原理突破。半导体的诞生就是这样一个过程。在量子力学和固体物理基础上发展起来半导体物理，为半导体器件奠定了物理基础。而半导体器件的产生，则直接催生了微电子技术，使得信息科技产生了跃进式的发展。二战后，以半导体晶体管、激光二极管等为代表的新型器件相继实现了原理性突破，随后得到了广泛应用。诺贝尔物理学奖也在1954到1973年间，对这一系列突破进行了肯定。1954年该奖授予了半导体晶体管效应的相关研究。半导体晶体管颠覆性地改变了电子线路的结构，引发了一场电子领域的“固体革命”。体积庞大的真空电子器件逐渐被以半导体晶体管为代表的半导体电子器件所替代，性能提升的同时，成本、功耗、可靠性等方面均得到了大幅提升，半导体电子工业也获得了飞速发展。1963年该奖则授予了微波激射器和激光方面的原理突破。微波激射器特别是激光器的发现革命性地改变了光电子技术，激光器不仅为高效的信息显示和长距离光通信提供了一种高亮度、窄线宽、方向性好的光源，同时也为基础科学研究提供了重要的研究工具。1973年该奖授予了半导体隧道效应和约瑟夫森效应相关的工作。半导体隧穿效应和约瑟夫森效应则分别产生了隧道二极管和约瑟夫森结型器件。前者是一种新颖的半导体器件，因其频率特性好，使用电路简单，获得了广泛应用。后者是一种量子电子器件，在混沌信号护理和保密通信领域具有重要应用价值。这些关键器件的原理突破为新型器件的发展开辟了全新的技术路径，在随后的研究中，各种半导体电子、光电子、量子电子器件如雨后春笋般不断涌现，在此基础上的也产生了丰富多样的信息技术，造就了现代信息科技的繁荣景象。

1.3 重大现代信息技术的应用

关键器件的原理突破往往可以引发一系列的重大技术发明，而这些技术发明进一步的付诸应用，则可以重塑我们的生活方式。例如：从无线电报到光纤通信，从幕布投影到LED 显示，从胶卷到数码相机，从“埃尼阿克”到智能手机等等，这些在日常生活中已经习以为常的信息科技产品，其背后都源于科学家们通过不懈研究，将理论推向了实践，最终产生了成熟而有效的重大技术发明。当这些应用已经深刻的改变了社会，并产生了重大经济社会效益后，诺贝尔物理学奖也对他们的贡献做出了积极的肯定。这也是诺贝尔物理学奖时进入二十一世纪以后的重要转变，更多具有明确应用价值的重大技术发明获奖。2000年诺贝尔物理学奖授予半导体异质结和集成电路方面的工作。前者利用不同材料沉积，开发出了性能更优的半导体器件，在高速电子晶体管、激光二极管中得到了大量应用。后者则基于半导体器件集成技术，使电子元件向着微型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。后续发展出来的超大规模集成电路则是当前消费电子领域中的最底层技术支撑。2007年授予了巨磁阻效应的相关研究，该效应主要应用于信息存储设备。利用巨磁阻效应制备超高灵敏磁头，可以读出较弱的磁信号，引发了磁盘的“大容量、小型化”革命。2009年授予了光纤和半导体成像器件的研究。前者解决了信息的大容量、低损耗、长距离传输问题，造就了当今“光纤互联”的信息社会。后者利用CCD 等半导体成像器件，取代了胶卷等传统的影像记录媒质，成为当前主流的成像方式。2014年蓝光发光二极管的相关研究获得了诺贝尔物理学奖，该发明使得LED（发光二极管）的“红绿蓝”三色拼图得以完整呈现，高亮度、大动态、长寿命LED 显示屏得到了越来越多的应用。至此，现代信息科技发展的三部曲来到了终章，从最初的基础物理发现，到随后的关键器件的原理突破，再到最后各种重大技术取得应用，信息社会也随之建立起来。

2 总结

通过梳理诺贝尔物理学奖的历史，结合现代信息科技的发展，总结得到如下规律：

1）发展历程分为三个时期

（1）萌芽期：对应于1921- 1933年间的相关诺贝尔物理学奖，主要体现为重大基础物理发现，为现代信息科技奠定了物理基础。

（2）发展期：对应于1954- 1973年间的相关诺贝尔物理学奖，主要体现为关键器件的理论突破，为现代信息科技提供了重要的技术支撑。

（3）繁荣期：对应于2000年后的相关诺贝尔物理学奖，主要体现为重大技术的应用。

文章来源：《现代信息科技》 网址: http://www.xdxxkjzz.cn/qikandaodu/2021/0222/1033.html

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