但当大西北的战争机器迈入喷气时代和制导武器时代后,这堵由真空和玻璃构成的物理天花板,卡死了算力向移动端和微观端延伸的通道。
必须寻找一种全新的物理介质,来代替在真空中飞行的电子。
西京政务院,最高科学技术研讨会。
大西北在物理学、材料学和化学领域的顶尖大脑,被李枭召集在一间会议室内。
黑板上,画着一个经典的玻尔原子模型。
原子核位于中心,电子在不同的轨道能级上环绕。
赵广陵教授拿着粉笔,在黑板上画出了硅和锗这两种元素的晶格结构。
“真空电子管的原理,是通过加热阴极,让电子获得足够的动能挣脱金属的束缚,飞入真空,然后用栅极的电压来控制这股电子流的大小。”
赵广陵的声音在安静的会议室里回荡。
“这种方式之所以笨重,是因为它需要巨大的物理空间来容纳真空,需要高强度的电流来产生热量。”
“如果我们放弃真空呢?”
赵广陵的粉笔在锗的晶格结构上重重地画了一个圈。
“根据量子力学的能带理论。
锗和硅这类元素,被称为半导体。
在绝对零度下,它们的价电子被共价键死死地束缚在原子核周围,完全不导电,相当于绝缘体。”
“但是,只要在常温下,或者给予微小的电场刺激。
少数电子就会获得能量,跃迁到导带,成为自由电子。
同时,在原来的共价键上留下一个带正电的空穴。”
赵广陵转过身,目光灼灼地看着在场的所有人。
“我们可以通过在纯净的锗晶体中,人为地掺入极微量的特定杂质原子。
比如掺入磷原子,它会多出一个电子,形成n型半导体;掺入硼原子,它会缺少一个电子,形成带正电的p型半导体。”
“只要我们将这两种半导体像三明治一样结合在一起。
我们就可以完全在固体的晶格内部,仅仅利用微小的电压,来控制电子的流动和放大。”
“没有玻璃壳,没有真空,没有灯丝加热。
一个具备放大和开关功能的固体元件,其体积甚至可以做到只有米粒大小。
它不怕震动,耗电量不到电子管的千分之一。”
这就是固体物理学中最具革命性的构想——晶体管。
在座的工程师和将领们听到这个描述,眼中闪过了震撼的光芒。
如果这种东西能够造出来,战斗机的机头里就可以塞进一部强大的火控雷达,制导弹药的体积将大幅度缩小。
但赵广陵接下来的话,让所有的热情瞬间降到了冰点。
“理论模型完美无缺。
但在材料学上,它要求一种近乎神迹的物理纯度。”
赵广陵放下粉笔。
“要让这种固态电子跃迁按照我们设定的规律运行,作为基底的锗晶体,其内部的杂质浓度必须被控制在百亿分之一以下。”
“目前大西北最先进的化学提纯手段,通过反复的酸洗和沉淀,也只能将金属锗的纯度提升到百分之九十九点九。
这距离半导体级别的纯度,还差了整整六个数量级。”
会议室里陷入了死寂。
百分之九十九点九,在普通的冶金工业中,这已经是令人惊叹的高纯度。
但对于控制单个电子的微观世界来说,这百分之零点一的杂质,就像是高速公路上堆满了巨石,足以让电子的流动发生彻底的散射和瘫痪。
李枭坐在主位上,手指轻轻地敲击着红木桌面。
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