Walter Houser Brattain ( 10 de febrero de 1902 - 13 de octubre de 1987) fue un físico estadounidense de Bell Labs que, junto con sus colegas científicos John Bardeen y William Shockley , inventó el transistor de contacto puntual en diciembre de 1947. [1] Compartieron el Premio Nobel de Física de 1956 por su invención. Brattain dedicó gran parte de su vida a la investigación sobre estados superficiales .
Walter Brattain nació en Amoy (hoy Xiamen ), Fujian , Qing China , de padres estadounidenses Ross R. Brattain y Ottilie Houser Brattain. Su padre era de ascendencia escocesa, mientras que los padres de su madre eran ambos inmigrantes de Stuttgart , Alemania. [2] [3] Ross R. Brattain era profesor en el Instituto Ting-Wen, [4] : 11 una escuela privada para niños chinos; Ottilie Houser Brattain era una matemática talentosa. [5] Ambos eran graduados del Whitman College . [3] : 71 [6] Ottilie y el bebé Walter regresaron a los Estados Unidos en 1903, y Ross los siguió poco después. [4] : 12 La familia vivió durante varios años en Spokane, Washington , luego se estableció en un rancho de ganado cerca de Tonasket, Washington en 1911. [4] : 12 [3] : 71
Brattain asistió a la escuela secundaria en Washington, pasando un año en Queen Anne High School en Seattle , dos años en Tonasket High School y un año en Moran School for Boys en Bainbridge Island . [7] Brattain luego asistió al Whitman College en Walla Walla, Washington , donde estudió con Benjamin H. Brown (física) y Walter A. Bratton (matemáticas). Obtuvo una licenciatura de Whitman en 1924, con una doble especialización en física y matemáticas. [8] Brattain y sus compañeros de clase Walker Bleakney , Vladimir Rojansky y E. John Workman continuarían teniendo carreras distinguidas, y más tarde serían conocidos como "los cuatro jinetes de la física". [3] : 71 El hermano de Brattain , Robert , que lo siguió en el Whitman College, también se convirtió en físico. [3] : 71
Brattain obtuvo una maestría en artes en la Universidad de Oregon en Eugene en 1926 y un doctorado en la Universidad de Minnesota en 1929. [8] [9] En Minnesota, Brattain tuvo la oportunidad de estudiar el nuevo campo de la mecánica cuántica con John Hasbrouck Van Vleck . Su tesis, supervisada por John T. Tate , fue Eficiencia de excitación por impacto de electrones y dispersión anómala en vapor de mercurio. [3] : 72
Walter Brattain se casó dos veces. Su primera esposa fue la química Keren Gilmore. Se casaron en 1935 y tuvieron un hijo, William G. Brattain, en 1943. Keren Gilmore Brattain murió el 10 de abril de 1957. [10] Al año siguiente, Brattain se casó con la Sra. Emma Jane (Kirsch) Miller, madre de tres hijos. [8]
Se mudó a Seattle en la década de 1970 y vivió allí hasta su muerte por enfermedad de Alzheimer el 13 de octubre de 1987. [2] [9] Está enterrado en el cementerio de la ciudad de Pomeroy, Washington . [11]
De 1927 a 1928, Brattain trabajó para la Oficina Nacional de Normas en Washington, DC, donde ayudó a desarrollar estándares de frecuencia piezoeléctrica . En agosto de 1929 se unió a Joseph A. Becker en Bell Telephone Laboratories como físico investigador. [12] Los dos hombres trabajaron en el flujo inducido por calor de portadores de carga en rectificadores de óxido de cobre . [3] : 72 Brattain pudo asistir a una conferencia de Arnold Sommerfeld . [12] Algunos de sus experimentos posteriores sobre emisión termoiónica proporcionaron una validación experimental para la teoría de Sommerfeld . También trabajaron en el estado de superficie y la función de trabajo del tungsteno y la adsorción de átomos de torio . [3] : 74 A través de sus estudios de rectificación y fotoefectos en las superficies semiconductoras de óxido cuproso y silicio, Brattain descubrió el fotoefecto en la superficie libre de un semiconductor. Este trabajo fue considerado por el comité del premio Nobel como una de sus principales contribuciones a la física del estado sólido. [2]
En aquella época, la industria telefónica dependía en gran medida del uso de tubos de vacío para controlar el flujo de electrones y amplificar la corriente. Los tubos de vacío no eran ni fiables ni eficientes, y los Laboratorios Bell querían desarrollar una tecnología alternativa. [13] Ya en la década de 1930, Brattain trabajó con William B. Shockley en la idea de un amplificador de semiconductores que utilizaba óxido de cobre, un intento temprano y fallido de crear un transistor de efecto de campo . Otros investigadores de Bell y de otros lugares también estaban experimentando con semiconductores, utilizando materiales como el germanio y el silicio , pero el esfuerzo de investigación anterior a la guerra era algo aleatorio y carecía de una sólida base teórica. [14]
Durante la Segunda Guerra Mundial , tanto Brattain como Shockley participaron por separado en la investigación sobre la detección magnética de submarinos con el Comité de Investigación de Defensa Nacional de la Universidad de Columbia . [8] El grupo de Brattain desarrolló magnetómetros lo suficientemente sensibles como para detectar anomalías en el campo magnético de la Tierra causadas por submarinos . [4] : 104 [12] Como resultado de este trabajo, en 1944, Brattain patentó un diseño para un cabezal de magnetómetro. [15]
En 1945, Bell Labs se reorganizó y creó un grupo específicamente para realizar investigación fundamental en física del estado sólido, relacionada con las tecnologías de las comunicaciones. La creación del subdepartamento fue autorizada por el vicepresidente de investigación, Mervin Kelly . [14] Un grupo interdisciplinario, fue codirigido por Shockley y Stanley O. Morgan. [3] : 76 Al nuevo grupo pronto se unió John Bardeen . [14] Bardeen era un amigo cercano del hermano de Brattain, Robert, quien había presentado a John y Walter en la década de 1930. [4] A menudo jugaban al bridge y al golf juntos. [3] : 77 Bardeen era un físico cuántico, Brattain un experimentador talentoso en ciencia de los materiales y Shockley, el líder de su equipo, era un experto en física del estado sólido. [16]
Según las teorías de la época, el transistor de efecto de campo de Shockley, un cilindro recubierto de silicio y montado cerca de una placa de metal, debería haber funcionado. Ordenó a Brattain y Bardeen que averiguaran por qué no funcionaba. Durante noviembre y diciembre, los dos hombres llevaron a cabo una variedad de experimentos, intentando determinar por qué el dispositivo de Shockley no amplificaba. [13] Bardeen era un teórico brillante; [17] Brattain, igualmente importante, "tenía una sensación intuitiva de lo que se podía hacer en semiconductores". [14] : 40 Bardeen teorizó que la falla en la conducción podría ser el resultado de variaciones locales en el estado de la superficie que atrapaban a los portadores de carga . [18] : 467–468 Brattain y Bardeen finalmente lograron crear un pequeño nivel de amplificación al empujar una punta de metal de oro dentro del silicio y rodearlo con agua destilada. Reemplazar el silicio con germanio mejoró la amplificación, pero solo para corrientes de baja frecuencia. [13]
El 16 de diciembre, Brattain ideó un método para colocar dos contactos de hoja de oro juntos sobre una superficie de germanio. [16] Brattain informó: "Usando este contacto de doble punto, se hizo contacto con una superficie de germanio que había sido anodizada a 90 voltios, se había lavado el electrolito con H2O y luego se habían evaporado algunas manchas de oro sobre ella. Los contactos de oro se presionaron hacia abajo sobre la superficie desnuda. Ambos contactos de oro con la superficie se rectificaron bien... Un punto se utilizó como rejilla y el otro punto como placa. La polarización (DC) en la rejilla tenía que ser positiva para obtener amplificación" [18]
Como lo describe Bardeen, "Los experimentos iniciales con la mancha de oro sugirieron inmediatamente que se estaban introduciendo agujeros en el bloque de germanio, aumentando la concentración de agujeros cerca de la superficie. Se eligieron los nombres de emisor y colector para describir este fenómeno. La única pregunta era cómo se compensaba la carga de los agujeros añadidos. Nuestra primera idea fue que la carga se compensaba con los estados de la superficie. Shockley sugirió más tarde que la carga se compensaba con los electrones en el volumen y sugirió la geometría del transistor de unión... Experimentos posteriores realizados por Brattain y por mí demostraron que es muy probable que ambas cosas ocurran en el transistor de contacto puntual". [18] : 470
El 23 de diciembre de 1947, Walter Brattain, John Bardeen y William B. Shockley demostraron a sus colegas de los Laboratorios Bell el primer transistor en funcionamiento. El transistor, que amplifica pequeñas señales eléctricas y facilita el procesamiento de información digital, es "el elemento clave de la electrónica moderna". [19] Los tres recibieron el Premio Nobel de Física en 1956 "por sus investigaciones sobre semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor". [8]
Convencidos por la demostración de 1947 de que se estaba logrando un gran avance, los Laboratorios Bell se centraron intensamente en lo que ahora se denominaba el Proyecto de Estados de Superficie . Inicialmente, se observó un estricto secreto. Las conferencias internas cuidadosamente restringidas dentro de los Laboratorios Bell compartían información sobre el trabajo de Brattain, Bardeen, Shockley y otros que estaban involucrados en investigaciones relacionadas. [18] : 471 Se registraron patentes, registrando la invención del transistor de contacto puntual por Bardeen y Brattain. [20] Hubo una ansiedad considerable sobre si Ralph Bray y Seymour Benzer , que estudiaban la resistencia en germanio en la Universidad de Purdue , podrían hacer un descubrimiento similar y publicarlo antes que los Laboratorios Bell. [14] : 38–39
El 30 de junio de 1948, los Laboratorios Bell celebraron una conferencia de prensa para anunciar públicamente su descubrimiento. También adoptaron una política abierta en la que los nuevos conocimientos se compartían libremente con otras instituciones. De esta manera, evitaron la clasificación del trabajo como secreto militar y posibilitaron la investigación y el desarrollo generalizados de la tecnología de transistores. Los Laboratorios Bell organizaron varios simposios, abiertos a la universidad, la industria y los militares, a los que asistieron cientos de científicos en septiembre de 1951, abril de 1952 y 1956. Asistieron representantes de empresas nacionales e internacionales. [18] : 471–472, 475–476
Shockley creía (y afirmó) que él debería haber recibido todo el crédito por el descubrimiento del transistor. [20] [21] [22] Excluyó activamente a Bardeen y Brattain de nuevas áreas de investigación, [23] en particular el transistor de unión , que Shockley patentó. [20] La teoría de Shockley del transistor de unión fue un "logro impresionante", que señaló el camino hacia la futura electrónica de estado sólido, pero pasarían varios años antes de que su construcción fuera prácticamente posible. [14] : 43–44
Brattain se trasladó a otro grupo de investigación dentro de los Laboratorios Bell, donde trabajó con CGB Garrett y PJ Boddy. Continuó estudiando las propiedades superficiales de los sólidos y el "efecto transistor", con el fin de comprender mejor los diversos factores que subyacen al comportamiento de los semiconductores. [3] : 79–81 [24] Bardeen, que lo describió como "una situación intolerable", dejó los Laboratorios Bell en 1951 para ir a la Universidad de Illinois , donde finalmente ganó un segundo Premio Nobel por su teoría de la superconductividad . [20] Shockley dejó los Laboratorios Bell en 1953 y formó el Laboratorio de Semiconductores Shockley en Beckman Instruments . [23] [25]
En 1956, los tres hombres recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Física de manos del rey Gustavo VI Adolfo de Suecia "por sus investigaciones sobre semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor". [8] Bardeen y Brattain fueron incluidos por el descubrimiento del transistor de contacto puntual; Shockley por el desarrollo del transistor de unión. Se atribuye a Walter Brattain haber dicho, cuando le hablaron del premio, "Ciertamente aprecio el honor. Es una gran satisfacción haber hecho algo en la vida y haber sido reconocido por ello de esta manera. Sin embargo, gran parte de mi buena suerte proviene de estar en el lugar correcto, en el momento correcto y tener el tipo correcto de personas con las que trabajar". [26] Cada uno de los tres dio una conferencia. Brattain habló sobre las propiedades superficiales de los semiconductores , [27] Bardeen sobre la investigación de semiconductores que conduce al transistor de contacto puntual , [28] y Shockley sobre la tecnología de transistores evoca nueva física . [29]
Brattain colaboró posteriormente con PJ Boddy y PN Sawyer en varios artículos sobre procesos electroquímicos en materia viva. [3] : 80 Se interesó en la coagulación sanguínea después de que su hijo necesitara una cirugía cardíaca. También colaboró con el profesor de química de Whitman David Frasco, utilizando bicapas de fosfolípidos como modelo para estudiar la superficie de las células vivas y sus procesos de absorción. [23]
Brattain enseñó en la Universidad de Harvard como profesor visitante en 1952 y en el Whitman College como profesor visitante en 1962 y 1963, y como profesor visitante a partir de 1963. Tras retirarse formalmente de los Laboratorios Bell en 1967, continuó enseñando en Whitman, convirtiéndose en profesor adjunto en 1972. Se retiró de la docencia en 1976, pero continuó siendo consultor en Whitman. [8]
En Whitman, las becas Walter Brattain se otorgan en función del mérito a "estudiantes que hayan alcanzado una alta excelencia académica en su trabajo preparatorio para la universidad". Todos los solicitantes de admisión son considerados para la beca, que puede renovarse por cuatro años. [30]
Walter Brattain ha sido ampliamente reconocido por sus contribuciones. [8]
Walter H. Brattain nació en Amoy, China, el 10 de febrero de 1902, hijo de Ross R. Brattain y Ottilie Houser. ...
Walter H. Brattain, que compartió el Premio Nobel de Física en 1956 por la invención del transistor, murió ayer de Alzheimer en un asilo de ancianos de Seattle. Tenía 85 años. ...
Hijo del físico ganador del premio Nobel Walter H. Brattain [...] para enterrar sus cenizas junto a su padre en el cementerio de la ciudad de Pomeroy, Pomeroy, Washington.
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