Jak Mottova teorie amorfních polovodičů vybudovala moderní digitální svět

7

Sir Neville Francis Mott změnil způsob, jakým komunikujeme s technologií, i když jste jeho jméno nikdy neslyšeli. Mott se narodil v Leedsu v roce 1905 a vyrostl v Británii. Byl fyzikem, který viděl potenciál tam, kde ostatní viděli odpad, a díval se na chaotický, nepravidelný svět materiálů. V roce 1977 obdržel za tuto práci Nobelovu cenu za fyziku. O tuto čest se podělil se dvěma americkými kolegy: P. W. Andersonem a J. H. Van Vleckem. Jejich výzkum se zaměřil na to, co je většině lidí málo známé: nekrystalické nebo amorfní polovodiče.

Mottova cesta k tomuto objevu byla dlouhá a akademická. Studoval na Cambridgeské univerzitě, v roce 1927 získal titul BA a v roce 1930 magisterský titul. V roce 1933 se stal profesorem teoretické fyziky na univerzitě v Bristolu. Tam se ponořil do fyziky pevných látek. Studoval kovy. Zkoumal slitiny. Dokonce analyzoval, jak světlo ovlivňuje fotografický film na atomové úrovni. V roce 1938 vytvořil teoretický popis právě této interakce. Byla to precizní práce. Stalo se základním.

V roce 1954 se přestěhoval na University of Cambridge jako Cavendish profesor experimentální fyziky. Zůstal tam až do svého odchodu do důchodu v roce 1971. Ale skutečný průlom přišel později. Vyplynulo to z jeho dřívější práce.

Věda o špinavých materiálech

V 60. letech Mott posunul svou pozornost. Studoval elektrickou vodivost v různých kovech. Začal přemýšlet o amorfních materiálech. Jde o látky s nepravidelnou atomární strukturou. Chybí jim úhledná, uspořádaná mřížka charakteristická pro krystaly. Sklo je nejčastějším příkladem. Většina vědců tyto chaotické materiály ignorovala. Vypadali nepředvídatelně. Pro přesnou elektroniku se zdály zbytečné.

Mott se na ně podíval jinak. Vyvinul vzorce, aby vysvětlil, jak tyto amorfní látky přecházejí mezi stavy. Zejména popsal, jak přecházejí mezi stavy, ve kterých jsou elektricky vodivé (kovové stavy) a izolační (nekovové stavy). Právě tento přechod dělá z materiálu polovodič. Toto není pevná vlastnost. To je posun. Přepínač.

“Mott vyvinul vzorce popisující přechody, které může sklo a jiné amorfní látky vytvářet mezi elektricky vodivým a izolačním stavem.”

Tento objev byl nejprve teoretický. Ale aplikace byla okamžitá a rozšířená. Tyto skleněné hmoty se snadno vyrábějí. Jejich výroba je levná. Krystalické polovodiče jsou na druhou stranu drahé a obtížně se vytvářejí.

Z laboratorní lavice do vaší kapsy

Ekonomický dopad Mottovy teorie nelze přeceňovat. Protože amorfní polovodiče byly levnější, nahradily v mnoha elektronických zařízeních dražší krystalické verze. Tento posun výrazně snížil náklady na výrobu.

Přemýšlejte o zařízeních, která používáte každý den. Osobní počítače se staly cenově dostupnými. Kapesní kalkulačky se staly všudypřítomnými. Kopírky se dostaly do každé kanceláře i domácnosti. Tyto inovace nebyly náhodné. Byly přímým výsledkem levnějších materiálů poskytnutých Mottovým chápáním elektrické vodivosti v neuspořádaných materiálech.

Mott byl povýšen do šlechtického stavu v roce 1962, uznávaje jeho dřívější příspěvky. Ale Nobelova cena z roku 1977 jeho odkaz upevnila