斯坦福德 · 奥辛斯基(Stanford Orshinsky)是一位经营废旧料的立陶宛移民的儿子。他不具备接受大学教育的有利条件,但是他有勇气。他向固态物理学的理论基础挑战,取得了胜利,建立起一门新的学科。
今天,奥辛斯基受到了一度对他远而避之的人们的推崇,而他所开拓的领域已接近于在光电学、热能交换、蓄电池、燃料电池、信息处理以及催化反应等方面进行有效的应用。哥伦比亚大学的诺贝尔奖金获得者伊西多 · 拉比(Isidor Rabi)说:“他使工业界和全国都认识到要认真对待非晶体材料。”可是,在这之前,他经历了九年的论争,在这场论争中,他的学科,甚至他正直的人格,都遭到了怀有敌意的攻击,而最后,他约天才竟以颁发诺贝尔奖金——只是颁发给了别人——而得到了维护。所有这些,他都坚持了过来。
奥辛斯基的革命思想的实质在于:非晶体材料,如某些玻璃,能够用来做比其贵的晶体材料所做的同样的事——晶体则能起更大的作用。
近几十年来造成不平常的电子学革命的晶体管与计算机电路片,是用昂贵的单晶体制造的。晶体原子排列的有序性只形成有数几个电子阱,挡住电子的流动。而非晶体材料(如普通的窗玻璃)的原子则仿佛是杂乱无章,因而充满着电子阱,一般都是不良导体。可是,奥辛斯基却相信,只要把化学与物理学正确地捏合起来,他就能把取之不尽的便宜的非晶体材料变成能够用作电子开关、催化剂或者把阳光与余热变成电的有用物质。
下定决心争取胜利
岁月证明了他是正确的,但是承认他是正确的却经过了长时间的战斗。而奥辛斯基的成功又充分说明了这个人的意志,也充分说明了他的思想的光辉。
静电复印机公司资望高的退休副董事长杰克 · 哥德曼(Jack Goldman)说:“他像旧时的那些发明家一样,干劲充沛。他自信自己是正确的,因而坚持干到底。而他总是对的时候多,错的时候少。”
奥辛斯基今年61岁,在俄亥俄州的阿克仑长大。在他还是一个孩子的时候,他就被一套关于天文学、生物学、化学的基本知识丛书迷住了。他广泛阅读,孜孜以求,以致有一次一位图书馆工作人员问他说:“斯坦福德,这类书你现在就看得这么多,到大起来,你还打算看些什么书呢?”
但是斯坦福德厌恶读中学,根本就不想念大学,而是向往着成为一个手艺人。他一面读中学,一面读中等专业学校,并且在同一年在这两所学校里毕了业。
毕业以后,他谋了个职业,当机工。21岁时,他
就在阿克仑自己开工厂。就在这个厂里,他于四十年代中期发明了一种自动车床,并且获得了他的第一项专利。斯坦福德回忆说:“用我的机床九秒钟干的活,用别的机床,就或许要4台干九分钟。”
在以后的十年中,他在自动化机器方面的工作发展很快,于是,开始考虑起人脑与机器之间的相似性来。
他说:“我要了解人是怎样给记忆编码并将其转换的。还在比较早的时候,我就认定,信息和能量是一个事物的两个方面。”他开始把人脑看作为半导体,并由此而在思想上产生一个飞跃,导致他后来改造一门学科:既然非晶体的人脑细胞能够处理信息,那为什么那么多的称为硫属化物玻璃的非晶体材料就不能处理信息呢?
这可不是古典物理学家的思想。奥辛斯基说:“我的想法属于生物学。我的思想方法不同,我看到了别人没有看到的联系。”
1960年1月,他和妻子哲学博士、生化学家艾里丝用5万美金存款在底特律创办了能量转换元件公司(Energy Conversion Devices,简称ECD)。他们在那儿几乎是完全默默无闻地辛勤研究了九年。据一位早期的工作人员马克斯 · 鲍威尔回忆说,小小的实验里到处是试管、本生灯和示波器。
硫属化物玻璃,黑得像黑曜岩,由氧、硫、硒与碲组成。奥辛斯基发现,这类玻璃能够在两种情况下成为转换开关:在两个电极之间夹一片薄玻璃会使电流不能通过,而到信号达到一定强度,即阈值时,这块玻璃就具有导电性,除非能级降低,导电性才会改变;第二种情况是,要是没有接收到更高的能量,那么,即使在信号停止以后,玻璃依然具有导电性。上述特性就不是传统晶体所具有的了。
直到1968年,奥辛斯基才突然出现在公众的眼前,同时也卷入了公开的论战。这一年,他在《物理评论信札》(Physical Review Letters)杂志上发表了一篇重要论文,介绍了他对一种非晶体半导体材料的开发工作。这本杂志出版的当天,他在密执安州的特罗伊举行了一个记者招待会。会上,他热情洋溢地勾画出了一幅科学奇迹蓝图,而这种种科学奇迹均产生于记者们称之为“他的玻璃半导体”。ECD的股票猛然涨了上去。
一致对付他的路线
固态物理学家和用晶体半导体制造产品的公司,立即产生反响。这些挂心着华尔街态度的公司想方设法要清除投资者的疑虑,让股票价格回跌。他们采取了一致的路线:说明非晶体材料作为可能的半导体材料是早经探究过了,结果呢,不合标准;因此,无论奥辛斯基在实验室里取得了怎样的结果,要达到商业化水平,他是办不到的。
科学家们则因为奥辛斯是一个无名小卒而不相信他。奥辛斯基自己承认:“我成了一个相当好的靶子。我没有上过大学;我没有哲学博士的学位。我就这么的孤孤零零。”
就奥辛斯基的信用差距来说,还不仅仅只是一个缺乏正常教育或者科学地位的问题。
固态物理学的公认理论认为,晶片的导电能力产生于其原子的周期性排列。可是、如果奥辛斯基是正确的话,如果非晶体材料确实具有如此异常的电子特性的话,那么,晶体材料的性能就不是取决于其有序结构了。
ECD的顾问、电气工程与计算机科学教授戴维 · 艾德勒(David Adler)说:“斯坦福德过去所提出讨论的都是些基本问题,对这些问题,我相信固态物理学界到目前为止还没有认真对待。大部分科学家碰到新思想时不大善于想象。假如有人闯进来说:‘为什么不那样试试看呢?’必然会回答说:‘那行不通。’”
奥辛斯基也认为:“现在,不知道从哪儿冒出来这么个家伙,说什么周期性并不是关键性的东西;关键性的是看似无序的材料中原子间的相互作用。这种话,物理学家根本就听不进去。那只不过是耸人听闻的玩意儿,新奇得违背了常理。赫尔麦特 · 弗里切(Hellmut Fritzche,ECD的董事,芝加哥大学任职)说我把晶体结构从固态物理学家那儿拿掉,就好像从精神病医生那儿抽去精神分析法一般。”
随符岁月的流逝,慢慢地,支持他的工作的根据积累起来了。当英国的内维尔 · 莫特(Nevill Mott)爵士因所进行的非晶体半导体性能的理论研究而获得1977年诺贝尔物理学奖金时,奥辛斯基的正确性就完全得到了证明。
“思想不得不通过斗争去赢得自己的地位,”奥辛斯基说。“我不让步,也不抱怨,而是坚持斗争。不过,如果我是个胆怯而内向型的人,那会怎么样呢?我的思想会实现吗?这才是问题所在。”
当前,ECD的主要重点放在如下三个领域:
· 光电学——太阳能电池。据预测,到本世纪末下世纪初时,这一工业的产值每年将达几十甚至几百亿美元。许多公司目前正竭尽全力制造各种用途的太阳能电池。美国能源部估计,非晶体太阳能电池由于生产成本低,有效率只要达到10%(即把射到的太阳能的十分之一转换成电能),就具有竞争性。ECD宣布,他们在实验室里所达到的有效率已经是9.3%。奥辛斯基说,他们公司“很快”就要达到11 ~ 12%。他还补充说:“我已经掌握了达到30%的途径。”
不过,也不是所有的太阳能电池非到10%不能商业化。1982年,ECD把一台机器运到日本的夏普公司,这台机器以1分钟1英尺的速率轧制出连续的薄带状太阳能电池,每个电池1英尺见方。这种电池的效率为7%左右,能够把天然光或人工光转换成为电能。
ECD还正跟俄亥俄的标准石油公司合作,制造一台自己用的太阳能电池成型机,所生产的电池将售于其它公司,供用于手提式电视机、钟、烟雾探测器、户外照明系统、灌溉泵等的电池作充电电源。
· ECD所发明的非晶体材料能把余热转换成电力,从而降低燃料消耗与污染。所燃烧的大部分燃料,大约有三分之二的能量作为余热而浪费掉了。根据与美国天然资源公司(以底特律为基地的一家联合大企业)签订的一项共同协议,ECD正着手商业化生产其固态余热转换系统——双向热电发电机。
ECI)原先的设想是把这种系统代替交流电机而用于载重卡车、大客车上,也用于工业锅炉上,而美国天然资源公司则计划把这种系统用于天然气管路沿线泵站的柴油机上。负责ECD公司事务的副总经理莱昂内尔 · 罗宾斯(Lionel Robbins)说,他们公司预计,十年之内,这种转换设备将会获得一年一百万美元的销额。
寿命更长的刀具
· ECD掌握种硬质、耐久、防腐蚀的涂料,这种涂料可使美国每年销售达40亿美元的金属切削刀具延长工作寿命。现在他们正为许多公司的刀具进行涂覆。
奥辛斯基目前正集中精力于能在短时间内产生最大经济效益的产品系列。但是,对无序材料的其它种种应用的研究(如研制超储能蓄电池)仍继续进行。
[Science Digest,1984年第1期]