тник на свои сиденья, час Тила настал. В свойственной ему отстраненной, спокойной, неэмоциональной манере он сказал Литтлу: «Я могу тебе сделать германиевый стержень[427], – и потом добавил: – и при этом он будет монокристаллом». Германий безупречного качества.
В короткой автобусной поездке длиной в четыре мили время для этих двоих остановилось. Проезжая Маунтин-авеню, эта несовместимая парочка корябала свои задумки на клочках мятой бумаги из их карманов, а все вокруг не имело значения. Они наметили план: как изготовить кристалл германия для транзистора.
Они решили сформировать кристалл, вытягивая его из жидкого металла, словно кристаллический леденец на веревочке – из сахарной воды. Через два дня, 1 октября 1948 г., игнорируя все другие дела, Тил лихорадочно собирал оборудование в Нью-Йорке, в лаборатории Литтла на первом этаже Вест-стрит, 463. Чтобы оно заработало, требовалось максимально разогреть германий, так что воспользовались нагревательной спиралью из лаборатории Литтла. Также необходимо было удалить весь воздух из рабочей зоны, и его откачали вакуумной системой. Было важно, чтобы германий ни с чем не вступил в реакцию, для чего был прикреплен баллон с водородом для обдува кристалла. Более того, вытягивать его из жидкого металла требовалось очень медленно, поэтому они разобрали часы, чтобы использовать их механизм[428].
Их метод заключался в том, чтобы погрузить маленькую затравку кристалла германия в емкость с расплавом того же вещества площадью с ладонь. Когда низ холодной затравки касался поверхности горячей жидкости, они прилипали друг к другу, как язык к ледяной железке. Тил медленно тянул кристалл вверх, и тоненький слой жидкости застывал на нижней стороне. Так, слой за слоем, рос длинный кристалл. Из этого расплава возникал длинный серебристый прутик, в некоторых местах узловатый, как дерево, а в некоторых тонкий, как ниточка. Тил наловчился управлять натяжением между жидким и твердым, вытягивая кристалл германия, а тот уступал, как давний товарищ.
Идея вытягивания кристалла была обнаружена случайно, за много лет до того, во время Первой мировой войны. В 1916 г. польский ученый Ян Чохральский завершал рабочий день и дописывал свои лабораторные заметки перьевой ручкой. По рассеянности он сунул ручку в тигель с расплавленным оловом вместо чернильницы[429]. Посмотрев на нее, Чохральский заметил, что с острия пера свисает тонкая ниточка металла. Так он натолкнулся на быстрый, простой и недорогой способ изготовления монокристаллов – кусочков металла без каких-либо дефектов, после чего был признан одним из величайших польских ученых, наравне с Марией Кюри и Николаем Коперником. Его слава так и не пересекла Атлантический океан, но это сделала его работа.
Вдохновившись методом Чохральского и экспериментируя втайне от начальства, Тил и Литтл создавали тонкие металлические стержни длиной с ладонь. Они были безупречны внутри, но уродливы снаружи – они напоминали узловатые ветки дерева. Внутри кристаллы германия Тила были идеальны, в отличие от реакции менеджмента. Когда он показал кристаллы физикам, те отвергли их. Слова Шокли о том, что монокристаллы германия им не нужны, разнеслись по коридорам Bell Labs. Тил знал, что Шокли бывает «твердолобым». «Я думал, что это глупо»[430], – говорил потом Тил, ведь без монокристаллов «не было никакого контроля».
Пытаясь обойти Шокли, Тил искал способы добиться участия в проекте. Сначала он сотрудничал с Джоном Литтлом. Затем обратился через голову своих начальников к Джеку Мортону, главе транзисторного департамента, который возглавлял проект. Тил в разговоре с Мортоном подчеркнул, что если планируется производить транзисторы как коммерческий продукт, в качестве настоящих переключателей и усилителей сигнала, то природные несовершенства необходимо устранить. В частности, высокая степень чистоты и качества даст больше контроля при производстве, а также позволит исследованиям германия и подобных ему элементов – полупроводников – получить официальный статус. Братство физиков беспокоилось только о краткосрочной выгоде – об однократном подтверждении принципа действия и шансе на Нобелевскую премию. Тил же думал о долгосрочной перспективе, то есть о массовом контролируемом производстве надежных переключателей и усилителей. Мортона убедили аргументы Тила, и он финансировал его исследования, однако Тил все еще должен был ежедневно выполнять обязанности в своем подразделении.
Почти весь 1949 г. рабочий день Гордона Тила начинался дважды[431]. В дневные часы он на третьем этаже строения № 1 трудился над карбидом кремния для новых наушников Bell Labs, а в 16:30 спускался в металлургическую лабораторию на первом этаже, чтобы работать над германием. Лаборанты в это время уже уходили домой, а Тил вынимал свое оборудование из их кладовой, подсоединял тяжелые разъемы, чтобы подать энергию на подъемный механизм, а потом подключал линии подачи азота, водорода, воды и вакуумную систему. Устройство получалось шириной в два фута (60 см) и достигало семи (более 2 м), выше самого Тила, в котором было 5 футов и 11 дюймов роста (1,80 м), так что обращаться с прибором было непросто.
По ночам он искал наилучшие условия для получения длинных кристаллов, безупречных кристаллов, крупных кристаллов. До восхода он успевал записать свои заметки, отключить все оборудование и отвезти обратно в кладовую. Через несколько часов лаборанты возвращались на работу, не догадываясь, что, пока они спали, в их лаборатории кипела работа.
Жена Тила по имени Лайда старалась поддерживать своего мужа, работающего сверхурочно, но счастлива она не была. В работе до рассвета была своя романтика, когда им было по двадцать с чем-то. В те годы, когда Тил трудился в Нью-Йорке, она готовила обед в их квартирке на Тиманн-стрит и приносила его в лабораторию, они ели вместе, а потом она засыпала прямо на рабочем месте, пока он допоздна нес свою вахту. Тогда им это нравилось. Но теперь у Тилов было трое маленьких сыновей, которые никогда не видели своего отца. «Моей семье казалось, будто они меня потеряли»[432], – говорил он спустя годы. А когда сыновья все же видели Тила, он обсуждал с ними не бейсбол[433]. Он говорил о германии и о том, как его вытягивают из расплава.
Гордон Тил добился того, о чем мечтает большинство ученых. Это был марафон – как те, что он бегал во время учебы в Бэйлорском университете, только теперь он делал кристаллы все более и более высокого качества и отдавал их разным исследовательским группам, работавшим над транзистором. В конце концов Тил получил собственную лабораторию в том же здании, что и физики, вместе с ассистентом по имени Эрни Бюлер, и заполнил комнату установками для вытягивания кристаллов, которые высились, как небоскребы на горизонте. Даже Шокли изменил свое мнение и счел, что они все-таки полезны. В итоге Тил был допущен в круг избранных и начал работать с другими учеными, в том числе с самим королем Шокли. К концу 1949 г. все в лаборатории использовали монокристаллы германия, сделанные Гордоном Тилом.
Тил воплотил в жизнь устройство, прототип которого физики собрали из канцелярской скрепки, золотой фольги, пластика и несовершенного кристалла, сделав новое изобретение совместно с химиком Морганом Спарксом. Во время вытягивания монокристалла германия, содержащего небольшое количество сурьмы, они добавили в расплав сначала немного галлия, а затем вновь сурьму. В результате у них получился трехслойный сэндвич, слои полупроводника в котором имели разные электрические свойства. Граница таких полупроводниковых слоев называется p-n-переходом, а транзистор, который получился у Тила и Спаркса, – биполярным транзистором NPN-типа. Тил приблизился к славе. Но все же сложно было стать звездой в созвездии таких крупных светил. В конце декабря 1952 г. Тил решил действовать – он распрощался с коллегами по Bell Labs и восточным побережьем и отправился на широкие просторы родного Техаса. Он устроился на работу в небольшую компанию, которую недавно переименовали в Texas Instruments, – наконец молитвы его матери сбылись.
Пару лет спустя, 10 мая 1954 г., Гордон Тил, ученый из малоизвестной компании, должен был сделать доклад на конференции по электронике, которую Институт радиоинженеров проводил в Дайтоне, штат Огайо. В ходе утренних выступлений участники из больших компаний, таких, как RCA, Western Electric, General Electric и Raytheon, слушали, как очередной оратор заявлял, что транзистор из кремния сделать невозможно. Кремний – более прочный и гораздо более распространенный на Земле двоюродный брат германия, но сделать из него что-то работающее гораздо сложнее. Пока в воздухе витали такие настроения и эти инженеры в отчаянье заламывали руки, Тил ждал своего выступления, не вынимая своих рук из карманов.
Когда Тил наконец заговорил, где-то в середине речи его коллега Уиллис Эддокс выкатил проигрыватель. Аудитория встрепенулась и повернулась к нему, внимая необычному сочетанию кларнета и клавесина, которое звучало с виниловой пластинки на 45 оборотах в минуту. Это была запись «Саммит-Ридж-Драйв»[434] Арти Шоу. Сбоку к проигрывателю была подключена электронная плата, напоминающая своим видом шпатель. Тил объявил собравшимся, что на ней кристалл германия, а затем опустил плату в горячее масло. Сразу же мелодию кларнета и клавесина перекрыли помехи. Но ученых это не встревожило. Они знали страшную тайну германия – он терял стабильность при нагревании.
Тил начал демонстрацию заново. На сей раз он подключил к усилителю другую плату. Музыка заиграла, и он опустил ее в горячее масло. А кларнет и клавесин продолжали звучать без помех, и на их фоне Тил заявил, что в данный момент мелодия воспроизводится благодаря кремниевому транзистору.