Az űrkorszak elindítója

Walter Houser Brattain halálának huszadik évfordulóján

Alig néhány napja ünnepelte a világ az űrkorszak kezdetének félévszázados jubileumát, tekintve, hogy a műszakilag fejletlennek tartott egykori Szovjetunió 1957. október 4-én felbocsátotta a Szputnyik-1 nevű műholdat, amelynek halk csipogása előrevetítette, hogy egykoron majd égi adók százai sugározzák műsorukat a nézők milliárdjainak, idegen városokban is biztonsággal eljutunk a célhoz a GPS helymeghatározó rendszernek köszönhetően, kontinensek közötti beszélgetéseket bonyolíthatunk le maroktelefonunk segítségével. Ami annál is meglepőbb volt, mivel az ehhez szükséges műszaki eszközt, a parányítás csodáját épp a nagy vetélytárs, az Egyesült Államok tudósai kísérletezték ki.

Az előzmények ugyan egy évtizedre nyúlnak vissza, viszont mindössze három évvel korábban tört ki az Egyesült Államokban az első, műszaki újdonságot érintő karácsonyi vásárlási láz: 1954. október 18-án megjelent az üzletekben 49,95 dolláros áron a zsebrádió. A találó  Regency (uralkodó) márkanévre keresztelt termék ? amely hamarosan valóban meghódította a háztartásokat, tereket, utcákat, közlekedési eszközöket – , szérianeve a TR-1 volt, amely azt jelezte, hogy az első tranzisztoros rádióról van szó. Ahhoz ugyanis, hogy egyszerű zseblámpaelemmel működhessen egy ilyen bonyolult szerkezet, arra volt szükség, hogy a sok energiát fogyasztó elektroncsöveket a nagyon takarékos, kisméretű, de annál hatékonyabb tranzisztorokra cseréljék. Csakhogy ezt az alkatrészt, amelyet a későbbiek folyamán olyannyira parányítani lehetett, hogy körömnyi helyen akár egymilliót is el lehessen belőle helyezi, valakinek fel kellett találnia.

Fehér hollónak számít az olyan eset, hogy egy feltalálót az üzleti siker nyomására tüntessenek ki a fizikai Nobel-díjjal. Ezzel a ritkasággal büszkélkedhet Walter Houser Brattain, aki két kollégájával együtt 1956-ban a tranzisztorért vehette át a legmagasabb tudományos elismerést. Ugyanis az 1954-es karácsonyi piacon akkora szenzációt okozott a kis mütyür, hogy hat hét alatt több mint százezer darabot adtak el belőle, a következő másfél évben már milliós tételekben talált gazdára, így 1956 nyarán már Amerika- és Európa szerte a legnépszerűbb terméknek számított.  Ekkorra a Svéd Tudományos Akadémia is beadta a derekát: az  év októberében bejelentették, hogy a Walter Houser Brattain-William Bradford  Shockley- John Bardeen alkotta trió kapja a Nobel-díjat. Érdekes és tanulságos a történet, ahogyan ők hárman egymáshoz csapódtak és megalkották a huszadik század egyik csodáját. Ugyanis az általános gyakorlattal szemben, amikor egymástól függetlenül működő, ám tudományos eredményeik tekintetében hasonlót alkotók között osztják meg ezt a díjat, ők közvetlen munkatársak voltak. Erre a Nobel-díj esetében alig akad példa, a legismertebb a Curie-házaspár és Marie Sklodowska munkahelyi főnökének Henri Becquerelnek az esete, akik 1903-ban kapták meg, valamint a két Bragg, az apa-fia közös kutatás eredménye, akik 1915-ben részesültek a kitüntetésben.

A trió motorja Walter Houser Brattain volt, aki a legrégebben foglakozott a kérdéssel és a legtöbb felismerést tette a közös munkát megelőzően a félvezetők kutatása terén.

A tajvani öbölben fekvő Amoy (amai Xiamen) városában látta meg a napvilágot 1902. február 10-én, ahol édesapja, Ross Brattain kereskedelmi tevékenységet folytatott. De már kora gyermekkorában visszatértek az Egyesült Államokba, így a fiatal tudósjelölt a Whittman Kollégium diákja lesz, majd 1926-ban az oregoni egyetemen szerez diplomát. Három évvel később a minnesotai egyetemen védi meg doktorátusi disszertációját. Már ekkor a fizika legmodernebb ágával, a kristályok szerkezetével foglalkozik. Mivel ennek a kérdésnek nagy gyakorlati jelentősége volt már ebben az időben is, 1929-ben a Bell Laboratóriumban helyezkedik el, hogy a távközlés számára kísérletezzen ki új anyagokat.

Az előző évtizedben több Nobel-díjat is kiosztottak az anyagvizsgálat terén végzett kutatási eredményekért. Ekkor sikerült tisztázni a szilárd testek belső szerkezetét, a kristályrácsokat, valamint, hogy a fémek vezetőképességének a lényegét. Egy időnek viszont el kellett telnie ahhoz, hogy a tudósok rájöjjenek: az anyag belső szerkezete gyökeresen különbözik a felületének tulajdonságaitól. Brattain az elsők között volt, aki felfigyelt erre a jelenségre.

Kiderítette, hogy a fémek oxidált felülete izgalmas tulajdonságokat mutat. A rezet vette górcső alá, amelynél sikerült megállapítania, hogy bár az anyag belseje a lehető legjobb vezető, az oxidált külső réteg viszont félvezető tulajdonságokat mutat. 

Korábban az anyagokat villamos ellenállásuk alapján vezetőkre és szigetelőkre osztották. Aztán kiderült, hogy vannak olyan szigetelők, amelyek külső hatásra, elsősorban a hőmérséklet emelkedésének következtében vezetőkké válnak. Ezeket a félvezetőket megpróbálták a gyakorlatban is használni, így találta fel Carl Ferdinand Braun az első, germánium alapú kristálydiódát, amely még fél évszázaddal ezelőtt is a rádióamatőrök kedvenc alkatrésze volt. Brattain, kutatásainak eredményeképpen kifejlesztette a rézoxidos, kuprox egyenirányítót. Viszont ami ennél is fontosabb volt, rájött arra, hogy atomi szinten hasonló jelenségek játszódhatnak le, mint az ujjnyi elektroncső légritkított terében.

Az első villamos jeleket erősítő eszközt, a triódát Lee de Forest 1907-ben alkotta meg, neki köszönhető, hogy megszülethetett a rádió, majd később a televízió. Csakhogy ez a szerkezet nagy mennyiségű áramot fogyasztott, mivel a légritkított térben repülő elektronokat csak egy fűtőszállal lehetett előállítani, ami az egyik elektródot, a katódot melegítette, ráadásul a részecskék röppályája miatt legalább egy hüvelyknyinek kellett az alkatrésznek lennie. Hogy a ma embere megértse, mekkora a különbség a mai és a régi technika között, elég arra utalni, hogy a világ első, Neumann János által megépített elektroncsöves számítógépe három helyiséget töltött meg, harmincöt kilowatt energiát fogyasztott, miközben csupán hatezer műveletet tudott elvégezni másodpercenként. Ugyanennyi energia ma csaknem ötszáz asztali számítógépnek elegendő, amelyek ráadásul egymilliószor gyorsabban működnek. Mindez a parányítás eredménye, amelynek kezdeti stádiumát a tranzisztor megszerkesztése jelentette.

Brattain számára óriási segítséget jelentett, amikor 1936-ban  munkatársául szegődött William Bradford Shockley, aki ugyancsak a szilárdest fizika területén végzett kutatásokat. A későbbiek folyamán a nyolc évvel fiatalabb kutató bebizonyította remek menedzseri képességeit is, sikerült anyagi eszközöket előteremtenie a későbbi kutatásokhoz, így hamarosan Brattain munkahelyi főnöke is lett. Rendkívül érdekes a trió harmadik tagjának felbukkanása. Brattain ugyancsak fizikus öccse a princetoni egyetemen tanult, itt ismerkedett meg Wigner Jenő tanítványával John Bardeennel, aki a szilárdtest fizika területén végzett kutatásokat, ebből készítette doktori disszertációját a magyar tudós vezetése alatt. Szóba került ugyan az idősebb Brattain tevékenysége, viszont Bardeen nem gondolt arra, hogy valaha is munkatársak lehetnek, annál is inkább, mivel a Minnesota Egyetem kínált fel neki állást. Csakhogy hétévi kutatás után az intézmény vezetői közölték vele, hogy nem látnak nagy jövőt a szilárdtest fizikai kutatásokban, így kiadták az útját. Ekkor jutott eszébe a menesztett tudósnak a Brattain-fivér neve. Mondani sem kell, hogy Walter Houser Brattain örömmel fogadta az erősítést. Így került 1945 októberében a Bell Laboratórium csapatába az utolsó tag.

Brattain figyelme már korábban a két ? később legfontosabbnak számító ? félvezető, a germánium és a szilícium felé fordult. Ez előbbivel kísérletezve meg is alkotta a germánium és aranyfüst összepréseléséből az első germánium tranzisztort, amelyet 1947 decemberében szabadalmaztatott. Tudóstársaival viszont a másik elemmel, a szilíciummal folytattak beható kísérleteket. Mint kiderült, épp ez a jövő nyersanyaga. Nemcsak félvezető tulajdonságai miatt, hanem mivel a szilícium a szó szoros értelmében az utcán hever: a kvarchomok alkotóeleme, tehát rendkívül olcsón, korlátlan mennyiségben a rendelkezésünkre áll. Ami nem kis dolog: egyre többször felvetődik a kérdés, hány évtizedre elegendőek földünk hagyományos tüzelőanyagai. A szilícium esetében elmondható, hogy akár évmilliárdokra elegendő alapanyag áll rendelkezésre a félvezető-gyártáshoz.  

A nagy hármas 1948. június 17-én szabadalmaztatta a tranzisztort. Nem arattak vele valami nagy sikert: a kutya se figyelt fel rájuk, annál is inkább, mivel az új szerkezet meglehetősen ormótlanra sikeredett: egy cipőkrémes dobozra emlékeztetett, nagyjából akkora volt, mint egy tucat elektroncső együttvéve. Azt csak a beavatottak tudták, hogy a működési elve lehetővé teszi azt, hogy hamarosan borsónyi méretűvé zsugorodjon. Ebben az alakjában hódította meg a tranzisztor a piacot 1954 karácsonyán. Azt persze a feltalálók még legvadabb álmaikban sem tudták elképzelni, hogy e borsónyi méretbe a rohamos műszaki fejlődésnek köszönhetően a következő évtizedek folyamán több száz, majd több ezer, tíz-, sőt százezer tranzisztort is bele lehet zsúfolni. E ?rút kiskacsa? keresztapja John Pierce, a Bell Laboratories távközlési részlegének vezetője lett, aki a transfer (átvitel) és resistor (ellenállás) szavak összevonásából alkotta meg a tranzisztor nevet.

A tranzisztor nyilvános bemutatója teljes közönybe fulladt, hat éven át látszólag nem történt semmi. Csakhogy egy kis vidéki vállalat, a Texas Instruments fantáziát látott az ügyben, miniatürizálta az alkatrészt, neki köszönhető, hogy az 1954-es karácsonyi vásár szenzációja a Regency lett. Hogy mekkora durranást okoztak vele, arra jó példa, hogy nem éppen elektronikai szaklapként ismert New York Times és a Wall Street Journal is vezércikkben foglalkozott a zsebrádióval, az új műszaki csodával. A három egykori munkatárs pedig két év után átvehette minden kutató legfőbb álmát, a fizikai Nobel-díjat.  Ugyanis útjaik aránylag korán elváltak: Bardeen 1951-ben elfogadva az illinoisi egyetem ajánlatát professzori pályára lépett (amit nem kellett megbánnia, mivel olyan nagyszerű munkatársakra lelt, hogy 1972-ben a tudománytörténetben egyedülálló módon másodszor is átvehette a fizikai Nobel?díjat), Shockley pedig 1955-ben váltott, amikor elfogadta a Beckham Instruments állásajánlatát.  Egyedül Walter Houser Brattain maradt hű a Bell Laboratóriumhoz: innen vonult nyugdíjba 1967-ben. Ekkor hazatér gyermekkora színhelyére, Wasghington Államba, egykori alma matere, a Walla Walla-i Whittman College adjunktusa lesz.

A Nobel-díj megszerzését követően természetesen versengenek a tudományos társaságok és egyetemek, hogy kitüntessék, díszdoktorátust adjanak neki. Így lesz a portlandi, a minnesotai egyetem díszdoktora, az Amerikai Fizikai Társaság, és a Tudományos akadémia tagja.  Sikerekben gazdag élete húsz évvel ezelőtt, 1987. október 13.-án, nyolcvanöt éves korában zárult le.

Szerencsés embernek mondhatta magát: megérhette, hogy találmányának következtében az emberiség történelme folyamán a legnagyobb életmódváltáson ment keresztül: a tranzisztorkorszaknak köszönhetően mindennapi eszközzé vált a zsebrádió, a képmagnó, a telepes televízió, bolygónk körül műholdak ezrei köröznek, amelyek mindenki számára lehetővé teszik az égi műsor vételét, hang- és képkapcsolat létesíthető az egyes világrészek között, mindenki számára hozzáférhető a számítógép. Az általa elindított folyamatnak pedig koránt sincs vége. Azt csak sejteni lehet, hogy a további parányítás milyen eredményekre vezet, tudni viszont aligha.

MINDEN VÉLEMÉNY SZÁMÍT!

Az email címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöljük.

A következő HTML tag-ek és tulajdonságok használata engedélyezett: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>