「做研究就像是一場賭博,當所有人都走同一研究路線,你就要另闢蹊徑。大路之外,總有不為人知的小徑。」這是因發明藍光二極管(LED)獲頒2014年諾貝爾物理學獎中村修二教授所堅持的研究信念。中村教授於2020年獲澳門大學榮譽理學博士學位,在他的研究路上,一直把別人不屑的譏諷,當作爬出谷底的墊腳石,「即使被別人視為『傻瓜』,也不要氣餒,必須堅持內心的創意。」
新材料提升大眾的幸福感
中村教授首次來澳門是2016年,當時他以美國加州大學聖塔芭芭拉分校教授的身分出席國際固態照明和鐳射研討會,與澳大應用物理及材料工程研究院院長湯子康教授共同擔任該研討會主席,期間還在澳大舉行講座,與師生分享他對未來固態照明發展的期許。
事隔七年,中村教授再度蒞臨澳大,這次以澳大榮譽博士身分,與師生分享他最新的研究成果。他在講座後接受《澳大人》專訪時說:「澳大近年的轉變令人刮目相看,一切都比預期更好。當一個地方資源充足,就會出現很多優秀科學家,自然就很有機會取得研究突破。」
中村教授說:「大學能為學生提供優渥的資源,讓他們的創業夢萌芽,澳大可以說是初創企業孵化的理想地方,師生應善用大學的資源。教授除了能與學生一起做研究外,更可參與創業。當學生清楚如何創業,待他們畢業後就可以依樣畫葫蘆,假以時日,就會有足夠的能力自立門戶。」
今年6月,澳大成立了澳門先進材料研發中心(以下簡稱:研發中心),中村教授認為此舉有利推進新材料的科技創新和成果轉化。新能源、節能環保及大健康保護材料,是研發中心開發新材料的方向。中村教授對此表示贊同,並指出新材料除了要服務企業競爭力和開拓市場外,更重要的是有效改善生產生活環境,提升大眾的幸福感。
開發藍光LED技術
1993年以前,開發藍光LED技術,被科學家稱為「20世紀的世界難題」,儘管全球的研發機構、大企業投入龐大資金,競相開發,依然徒勞無功。由於LED只得紅色與綠色,導致LED產業始終不能進入照明領域。
當時,開發藍光LED的材料有兩種,分別為硒化鋅和氮化鎵。中村教授憶述,幾乎所有科學家都認為硒化鋅才是出路,已經有上百篇硒化鋅的論文發表,反觀氮化鎵的論文則寥寥無幾,每年只得一兩篇。「想當年,那些研究氮化鎵的人,都會被說成是傻瓜,簡直痴心妄想。」
1993年,中村修二教授基於名古屋大學的赤崎勇、天野浩師徒有關p型GaN(氮化鎵)的早期貢獻,提出正確的科學理論,並獨立發明以InGaN(氮化銦鎵)晶體製作藍色發光元件的雙流式MOCVD方法,使得高亮度藍光LED實用化,開啟了繼愛迪生發明白熾燈後又一次人類照明革命。
中村教授的發明,不僅徹底改變了照明行業,更帶來如今廣泛應用於日常生活和工業生產、節能明亮的白色光源,為人類的福祉做出了巨大貢獻。因此,中村教授在2014年與赤崎勇、天野浩共同獲頒諾貝爾物理學獎。
做研究就像是一場賭博
在長輩眼中,中村教授從小不符合期望,被視為平庸的孩子;在公司裡,他潛心研發,卻遭同僚嘲笑為「光會花錢的米蟲」;在專家的同行評價中,他跳脫的研究思維曾被當成笨蛋。然而,他憑著不服輸的個性、相信按照自己的想法和步伐,創造出改變世界的商品。
「大路之外,總有不為人知的小徑。」這是中村教授一直奉行的信念。1979年,他在德島大學碩士畢業後,加入日亞化學工業公司(以下簡稱:日亞),於開發課工作。電子工學專業出身的他,對LED和工程材料幾乎一無所知,一切從零開始。
對中村教授而言,開發藍光LED技術,不僅是一項研究,更重要的是「能否大賣」的問題,這也是大型企業與大學最大的分別之處。當時,幾乎所有的大企業都以硒化鋅作為研發藍光LED的材料,即使他利用這材料研發成功,在商品化的階段,亦很可能輸給大企業而滯銷。
因此,哪怕被嘲笑「勝算為零」,他仍把心一橫,選擇氮化鎵的研究方向進發。「當科學家需要聰明的頭腦,同時冒險精神也很重要。做研究就像是一場賭博,當所有人都走同一條研究路線,你就要另闢蹊徑。用青春、汗水下一個大賭注,而這樣的研究往往能造就突破」中村教授說。
動手改良實驗設備
雖然興致勃勃展開了研究,但預算幾乎是零。在連基本的實驗設備都沒有的情況下,中村不想這樣空等,於是毫不猶豫卷起袖子,決定靠自己動手建造、改良研發所需的儀器和裝置。
中村動手創造的能力,是從小培訓出來的。1954年,他生於日本愛媛縣瀨戶村,這個偏遠村莊物資匱乏,人口外移嚴重,村裡的生活單調乏味。小時候的中村已能製作玩具解悶,這一技能也讓他熟習機械背後的操作原理,為日後的發明之路創設條件。
中村曾到處收集工廠的廢棄零件,汗流浹背把它組裝成電器爐。由於精煉磷化鎵,需要使用透明的石英管,但由於預算不足,沒法採購加工好的石英管,他只好把使用過的石英管切斷後再焊接,不斷的重複使用。這種焊接耗時耗工,一天便耗用了兩、三桶、燃燒時溫度能高達2000℃的瓦斯鋼瓶,每天滿頭大汗,他常錯覺自己變成了焊接師傅。
只要有空氣進入石英管,就很容易發生爆炸。無論中村怎麼細心焊接,石英管偶爾出現裂痕,每個月他的實驗室都會發生兩到三次的爆炸,伴隨轟天巨響,聲音之大,連一百公尺之外的停車場都聽得到。
一開始發生爆炸意外時,同事都會跑來探問:「中村,你還活著嗎?」他便從煙霧中緩步走出,向大家報平安。但由於爆炸頻繁發生,到後來大家都已見怪不怪。
在日亞開發課題的日子裡,中村每天早上改裝置,下午做反應實驗,始終如一。「研發全新的技術,若過於依賴某家公司打造的機器,既然機器大家都買得到,自然領先幅度亦有所限制。」
擺脫「常識」的牢籠
中村教授的求學路徑值得大學新生參考,他指出,大學首兩年宜潛心學術,把基礎知識的根底打好,最後兩年則投入做研究。「不管是科學家,抑或研究員,剛起步時先要掌握、積累足夠知識,以沉澱內心的想法。然後就動手研究,通過不停的實驗獲取有用的數據,對事物塑造出獨特的想法。」
對中村教授來說,凡是大量研究論文引用的觀點,都與人云亦云的常識無別,而常識的延伸也只是常識而已。只有超越常識的地方,才有可能發掘出扭轉乾坤的重大商機。他說:「與其跟著別人的步伐,倒不如自己獨立思考,探索誰都不會想到的路徑。「或許,過程中會被別人當成『傻瓜』,但不要氣餒,堅持內心的創意,因為獨創性的構想才有潛藏巨大的發展機會。當科學家就是志當存高遠,開發改變世界的商品,同時還要咬緊牙關掘井,直至出水為止。」
人物檔案
中村修二教授擁有200多個美國專利和300多個日本專利,發表830多篇與其領域相關的學術論文。他研發的高效藍光LED技術能產生明亮而節能的白色光源,讓中村教授摘下了2014年諾貝爾物理學獎的桂冠。加入加州大學聖塔芭芭拉分校後,中村教授還成為美國國家工程院院士、美國國家發明家科學院院士,並獲得諸多獎項。