Walter Houser Brattain

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. Compartieron el Premio Nobel de Física de 1956 por su invento. Brattain dedicó gran parte de su vida a la investigación de los estados superficiales.

Biografía

Walter Brattain nació en Amoy (ahora Xiamen), Fujian, Qing China, de padres estadounidenses Ross R. Brattain y Ottilie Houser Brattain. Ross R. Brattain fue profesor en el Instituto Ting-Wen, una escuela privada para niños chinos; Ottilie Houser Brattain fue una matemática talentosa. Ambos eran graduados de Whitman College. Ottilie y el bebé Walter regresaron a los Estados Unidos en 1903, y Ross los siguió poco después. La familia vivió durante varios años en Spokane, Washington, y luego se instaló en un rancho ganadero cerca de Tonasket, Washington en 1911.

Brattain asistió a la escuela secundaria en Washington, pasó un año en la escuela secundaria Queen Anne en Seattle, dos años en la escuela secundaria Tonasket y un año en la escuela Moran School for Boys en Bainbridge Island. 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. Brattain y sus compañeros de clase Walker Bleakney, Vladimir Rojansky y E. John Workman tendrían carreras distinguidas y más tarde serían conocidos como 'los cuatro jinetes de la física'. El hermano de Brattain, Robert, quien lo siguió en el Whitman College, también se convirtió en físico.

Brattain obtuvo una Maestría en Artes de la Universidad de Oregón en Eugene en 1926 y un Ph.D. de la Universidad de Minnesota en 1929. 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.

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. Al año siguiente, Brattain se casó con la Sra. Emma Jane (Kirsch) Miller, madre de tres hijos.

Se mudó a Seattle en la década de 1970 y vivió allí hasta su muerte por la enfermedad de Alzheimer el 13 de octubre de 1987. Está enterrado en el cementerio de la ciudad de Pomeroy, Washington.

Trabajo científico

De 1927 a 1928, Brattain trabajó para la Oficina Nacional de Normas en Washington, D.C., donde ayudó a desarrollar normas de frecuencia piezoeléctrica. En agosto de 1929 se unió a Joseph A. Becker en Bell Telephone Laboratories como físico investigador. Los dos hombres trabajaron en el flujo inducido por calor de portadores de carga en rectificadores de óxido de cobre. Brattain pudo asistir a una conferencia de Arnold Sommerfeld. Algunos de sus experimentos posteriores sobre la emisión termoiónica proporcionaron una validación experimental de la teoría de Sommerfeld. También trabajaron sobre el estado de la superficie y la función de trabajo del tungsteno y la adsorción de átomos de torio. 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.

En ese momento, 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 fiables ni eficientes y Bell Laboratories quería desarrollar una tecnología alternativa. Ya en la década de 1930, Brattain trabajó con William B. Shockley en la idea de un amplificador semiconductor que usara óxido de cobre, un intento temprano y fallido de crear un transistor de efecto de campo. Otros investigadores en Bell y en otros lugares también estaban experimentando con semiconductores, utilizando materiales como el germanio y el silicio, pero el esfuerzo de investigación de antes de la guerra fue algo desordenado y carecía de una sólida base teórica.

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 la Defensa Nacional de la Universidad de Columbia. El grupo de Brattain desarrolló magnetómetros lo suficientemente sensibles para detectar anomalías en el campo magnético terrestre causadas por submarinos. Como resultado de este trabajo, en 1944, Brattain patentó un diseño para un cabezal de magnetómetro.

En 1945, Bell Labs se reorganizó y creó un grupo específicamente para realizar investigaciones fundamentales en física del estado sólido, relacionadas con las tecnologías de la comunicación. La creación del subdepartamento fue autorizada por el vicepresidente de investigación, Mervin Kelly. Un grupo interdisciplinario, fue codirigido por Shockley y Stanley O. Morgan. Al nuevo grupo pronto se unió John Bardeen. Bardeen era un amigo cercano del hermano de Brattain, Robert, quien había presentado a John y Walter en la década de 1930. A menudo jugaban al bridge y al golf juntos. 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.

Una réplica estilizada del primer transistor

John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain en Bell Labs, 1948.

Según las teorías de la época, el transistor de efecto de campo de Shockley, un cilindro recubierto con una fina capa de silicio y montado cerca de una placa de metal, debería haber funcionado. Ordenó a Brattain y Bardeen que averiguaran por qué no lo hacía. Durante noviembre y diciembre, los dos hombres llevaron a cabo una variedad de experimentos, tratando de determinar por qué el dispositivo de Shockley no amplificaba. Bardeen fue un teórico brillante; Brattain, lo que es igualmente importante, "tenía una idea intuitiva de lo que se podía hacer con los semiconductores". Bardeen teorizó que la falta de conducción podría ser el resultado de variaciones locales en el estado de la superficie que atrapaba a los portadores de carga. Brattain y Bardeen finalmente lograron crear un pequeño nivel de amplificación empujando una punta de metal dorado en el silicio y rodeándola con agua destilada. Reemplazar el silicio con germanio mejoró la amplificación, pero solo para corrientes de baja frecuencia.

El 16 de diciembre, Brattain ideó un método para colocar dos contactos de pan de oro muy juntos sobre una superficie de germanio. Brattain informó: "Usando este contacto de doble punto, se hizo contacto con una superficie de germanio que había sido anodizada a 90 voltios, se lavó el electrolito en H2O y luego se evaporaron algunas manchas de oro". Los contactos de oro estaban presionados sobre la superficie desnuda. Ambos contactos de oro en la superficie se rectificaron muy bien... Un punto se usó como rejilla y el otro punto como placa. El sesgo (D.C.) en la cuadrícula tenía que ser positivo para obtener la amplificación"

Como lo describe Bardeen, "Los experimentos iniciales con la mancha de oro sugirieron de inmediato que se estaban introduciendo agujeros en el bloque de germanio, aumentando la concentración de agujeros cerca de la superficie. Los nombres emisor y colector fueron elegidos para describir este fenómeno. La única pregunta era cómo se compensaba la carga de los agujeros añadidos. Nuestro primer pensamiento fue que la carga estaba compensada por estados superficiales. Shockley sugirió más tarde que la carga fue compensada por electrones en su mayor parte y sugirió la geometría del transistor de unión... Experimentos posteriores llevados a cabo por Brattain y yo mostraron que es muy probable que ambos ocurran en el transistor de contacto puntual."

El 23 de diciembre de 1947, Walter Brattain, John Bardeen y William B. Shockley demostraron el primer transistor en funcionamiento a sus colegas de Bell Laboratories. Al amplificar pequeñas señales eléctricas y respaldar el procesamiento de información digital, el transistor es "el habilitador clave de la electrónica moderna". Los tres hombres recibieron el Premio Nobel de Física en 1956 "por la investigación sobre semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor".

Convencidos por la demostración de 1947 de que se estaba logrando un gran avance, los Laboratorios Bell se concentraron intensamente en lo que ahora llamaron el Proyecto de Estados de la Superficie. Inicialmente, se observó un estricto secreto. Las conferencias internas cuidadosamente restringidas dentro de Bell Labs compartieron información sobre el trabajo de Brattain, Bardeen, Shockley y otros que participaron en investigaciones relacionadas. Se registraron patentes, registrando la invención del transistor de contacto puntual por Bardeen y Brattain. Existía una inquietud considerable sobre si Ralph Bray y Seymour Benzer, que estudiaban la resistencia del germanio en la Universidad de Purdue, podrían hacer un descubrimiento similar y publicarlo antes que los Laboratorios Bell.

El 30 de junio de 1948, Bell Laboratories realizó 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. Al hacerlo, evitaron la clasificación del trabajo como secreto militar e hicieron posible la investigación y el desarrollo generalizados de la tecnología de transistores. Bell Laboratories organizó varios simposios, abiertos a participantes universitarios, industriales y militares, a los que asistieron cientos de científicos en septiembre de 1951, abril de 1952 y 1956. Asistieron representantes de empresas nacionales e internacionales.

Shockley creía (y afirmó) que debería haber recibido todo el crédito por el descubrimiento del transistor. Excluyó activamente a Bardeen y Brattain de nuevas áreas de investigación, en particular el transistor de unión, que patentó Shockley. La teoría del transistor de unión de Shockley fue un "logro impresionante" que señaló el camino hacia la electrónica de estado sólido del futuro, pero pasarían varios años antes de que su construcción fuera prácticamente posible.

Brattain se transfirió a otro grupo de investigación dentro de Bell Laboratories, trabajando con C. G. B. Garrett y P. J. Boddy. Continuó estudiando las propiedades superficiales de los sólidos y el 'efecto transistor', para comprender mejor los diversos factores que subyacen al comportamiento de los semiconductores. Al describirlo como "una situación intolerable", Bardeen 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. Shockley dejó Bell Laboratories en 1953 y pasó a formar el Shockley Semiconductor Laboratory en Beckman Instruments.

En 1956, los tres hombres recibieron conjuntamente el Premio Nobel de Física de manos del rey Gustavo VI Adolfo de Suecia "por su investigación sobre semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor". Bardeen y Brattain se incluyeron para el descubrimiento del transistor de contacto puntual; Shockley por el desarrollo del transistor de unión. Se le atribuye a Walter Brattain haber dicho, cuando se le habló del premio, "Ciertamente agradezco 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 fortuna proviene de estar en el lugar correcto, en el momento correcto y de tener el tipo de gente adecuada con quien trabajar." Cada uno de los tres dio una conferencia. Brattain habló sobre Propiedades superficiales de los semiconductores, Bardeen sobre Investigación de semiconductores que lleva al transistor de contacto puntual y Shockley sobre La tecnología de transistores evoca nueva física.

Brattain colaboró más tarde con P. J. Boddy y P. N. Sawyer en varios artículos sobre procesos electroquímicos en la materia viva. Se interesó en la coagulación de la sangre después de que su hijo requiriera 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.

Enseñanza

Brattain enseñó en la Universidad de Harvard como profesor invitado en 1952 y en Whitman College como profesor invitado en 1962 y 1963, y como profesor invitado a partir de 1963. Tras jubilarse formalmente de Bell Laboratories en 1967, continuó enseñando en Whitman, convirtiéndose en profesor adjunto en 1972. Se retiró de la docencia en 1976 pero siguió siendo consultor en Whitman.

En Whitman, las Becas Walter Brattain se otorgan según el mérito a "estudiantes que ingresan y han alcanzado una alta excelencia académica en su trabajo de preparación para la universidad". Todos los solicitantes de admisión son considerados para la beca, que es potencialmente renovable por cuatro años.

Premios y distinciones

Walter Brattain ha sido ampliamente reconocido por sus contribuciones.

• Premios
  • Stuart Ballantine Medalla del Instituto Franklin, 1952 (junto con el Dr. John Bardeen)
  • John Scott Medal, 1954 (junto con el Dr. John Bardeen)
  • Premio Nobel de Física, 1956 (junto con el Dr. John Bardeen y el Dr. William B. Shockley)
  • Inducted into the National Inventors Hall of Fame, 1974
• Miembros
  • National Academy of Sciences
  • Franklin Institute
  • American Physical Society
  • American Academy of Arts and Sciences
  • American Association for the Advancement of Science.
  • Comisión sobre semiconductores de la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada
  • Comité Asesor de Investigaciones Navales
• Títulos honorarios
  • Doctor en Ciencias, Universidad de Portland, 1952
  • Whitman College, 1955
  • Union College, 1955 (junto con el Dr. John Bardeen)
  • University of Minnesota, 1957
• Otros reconocimientos
  • USS Brattain, Star Trek: La próxima generación"Terrores nocturnos"