Uma pessoa de fundamental importância no desenvolvimento da física do estado sólido foi John Bardeen. Ele graduou-se em engenharia e, pouco depois, em 1930, foi um dos pioneiros a usar métodos geofísicos na prospecção de petróleo. Mais tarde obteve seu Ph.D. em física-matemática em Princeton, e deu aulas na Universidade de Minnesota, até que a Segunda Guerra o levou a trocar temporariamente a universidade por um laboratório de pesquisas da marinha norte-americana [1]. Após a guerra, Bardeen foi para os laboratórios Bell, onde desenvolveu pesquisas que o levariam à descoberta do transistor, que lhe daria seu primeiro Nobel de física, junto com William Bradford Shockley e Walter Houser Brattain.
Figura 1: John Bardeen, William Shockley e Walter Brattain §.
Os semicondutores a temperatura de zero absoluto não são capazes de conduzir eletricidade; apenas quando há defeitos na sua estrutura eletrônica, seja por agitação térmica, ou por adição de impurezas, é que eles são capazes de conduzir corrente elétrica. Alguns átomos, ao serem introduzidos no material semicondutor, podem perder elétrons: são as impurezas doadoras; já os átomos que ao serem inseridos no material semicondutor podem absorver elétrons são chamados receptores [2].
Na figura 2 vemos um gráfico simplificado da densidade de carga elétrica em função de x, sendo x a direção onde há a variação de cargas em nosso dispositivo semicondutor. O campo elétrico formado no limiar entre as regiões predominante doadoras, carregadas positivamente, e receptoras, carregadas negativamente, oferece um obstáculo à corrente elétrica que tenta fluir no sentido receptor-doador, permitindo a fabricação de dispositivos retificadores (que controlam a passagem de corrente), e um estímulo à corrente que tenta fluir no sentido doador-receptor, possibilitando a construção de amplificadores [3,4].
Figura 2: a corrente elétrica I pode ser formada por um fluxo de “buracos” (ausência de elétrons na estrutura eletrônica) no mesmo sentido, e por um fluxo de elétrons no sentido contrário. A diferença de potencial devido às cargas pode filtrar correntes com sentido para a direita, e pode amplificar correntes com sentido para a esquerda.A primeira aplicação do transistor foi em rádios de bolso na década de 1950, devido ao seu tamanho reduzido e pequeno consumo de energia, substituindo assim as antigas válvulas. Hoje em dia o transistor é usado em chips de memória e microprocessadores, onde o transistor atua ligando e desligando a corrente no circuito; estes dois estados, ligado e desligado, correspondem aos números 1 e 0 usados em computadores [5].
Figura 3: aparelhos eletrônicos como tocadores de mp3 fazem uso de dispositivos de semicondutores para armazenamento e processamento de dados.
Alguns anos depois Bardeen tornou-se a primeira (e até hoje a única) pessoa a ganhar dois prêmios Nobel de física, desta vez com Leon Neil Cooper e John Robert Schriefer, pelo desenvolvimento de uma teoria que explicava o desaparecimento da resistência em metais a baixas temperaturas, a supercondutividade. Essa teoria é conhecida hoje como Teoria BCS, as iniciais dos sobrenomes dos três pesquisadores.
[1] http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1972/bardeen-bio.html
[2] Semiconductor research leading to the point contact transistor, John Bardeen, Nobel Lecture, December 11, 1956
[3] Physical Principles Involved in Transistor Action, J. Bardeen e W. H. Brattain, Phys. Rev. 75, 1208 - 1225 (1949)
[4] Solid State Physics, N. W. Ashcroft e N. D. Mermin, Saunders College Publishers, pg 598 (1976)
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