1894年1月1日,發現電磁波的赫茲因感染不治,才36歲就英年早逝。五個月後,英國物理學家洛奇(Oliver Lodge)發表演說向他致敬,除了重新演示電磁波實驗,還做出一項令人驚奇的展示。大家原本以為電磁波的特性既然和光一樣,那麼也會被障礙物阻擋,沒想到洛奇將金屬屑檢波器放在50米外的另一棟建築物內,竟然也能接收到電磁波。
此一消息立刻造成轟動,各路人馬紛紛進行無線電的實驗,包括馬可尼、特斯拉、後來發明AM的范信達,學界中也不乏其人,如拉塞福、俄國物理學家波波夫(Alexander Popov)等。而在遙遠的印度,一位大學教授也自行研發無線電裝置,結果因此首度創造了半導體的實際應用。
發現半導體
玻色(Jagadish Chandra Bose)於1858年11月30日出生於英屬印度的孟加拉管轄區,雖然出身貴族家庭,但父母卻教導他眾生平等,不但讓他和賤民及穆斯林的小孩一起學習、遊玩,還會招待他們在家中吃飯。
玻色大學畢業後,本想和父親一樣進入政府體系,但父親卻堅持他當個只須對自己負責的學者,不要去統管別人,讓他前往英國留學。玻色於1884年自劍橋大學畢業後,隨即返回故鄉的管轄區學院教授物理。他在授課之餘,也埋首於物理實驗,其中一項便是半導體。
半導體是德國物理學家布勞恩(Ferdinand Braun)十年前意外發現的。他用撿流計量測硫化鉛的導電性,沒想到指針竟然動也不動,他試著調換正、負極的接線,結果指針馬上就有反應。向來物質只有絕緣體和導體之分,如今才知竟還有介於兩者之間的半導體!
玻色循此測試IV族元素的礦石,結果除了單向導電性,還發現非常特殊的現象。一般金屬遵守歐姆定律,也就是電流與電壓成正比,但半導體礦石卻不然,當施予的電壓小於某個臨界值時,電流微乎其微,而一旦超過臨界電壓,電流便突然大幅躍升。
他原本只把這視為奇妙的物理現象,但當他得知洛奇的演示後,立即想到可利用這個特性偵測微弱的無線電波。
礦石檢波器
他將半導體礦石接上電池,施以恰好將達臨界值之前的適當電壓。天線接收到無線電波後產生感應電流,所伴隨的感應電壓加上原來的電壓恰好超過臨界值,電流計就會出現明顯變化。如此半導體礦石便可以做為靈敏的檢波器,在更遠的距離接收到微弱的無線電波。
1895年11月,玻色在市政廳前公開演示,成功無線電波讓穿過副州長的身體、兩道磚牆,傳送到一英哩之外的礦石檢波器。為了加強戲劇效果,他還將檢波器接上繼電器,藉此敲響銅鈴並點燃火藥。
這次演示有許多歷史首創,包括:
——礦石檢波器成為半導體的首度實際應用:
——首度傳送毫米波(馬可尼等人都還是用波長更長的無線電波)
——首創號角天線
——第一個無線遙控裝置
玻色將論文寄交英國皇家學會,並於第二年受邀前往發表演講。當時馬可尼正在倫敦向英國政府展示無線電報系統,兩人應該有機會當面交換意見,不過顯然馬可尼並未採納玻色的方案,而是藉由提高天線高度來增加傳送距離。
事實上礦石檢波器也不是很靈光,因為裡面的雜質分布並不均勻,得嘗試很多次才能找到「熱點」,稍有晃動改變接觸點,就會失去訊號。玻色也未繼續研發改進,因為他對商業應用完全不感興趣,連專利都沒去申請,只想專心做研究,因此。半導體礦石檢波器重新受到青睞要等到1902年了。
玻色研究所
玻色後來轉而研究光與電磁波對植物的影響,也做出許多重要發現。他還撰寫科幻小說,成為孟加拉科幻小說之父。
1917年,才退休兩年的玻色在加爾各答創辦玻色研究所,親自擔任院長,直到1937年過世為止,一生為教育做出貢獻。之前提過的另兩位也姓玻色的科學家:D. M. 玻色與S. N. 玻色,便都曾受過他的指導;下圖的合照即有他們三人的合影。
1977年的諾貝爾物理學獎得主莫特爵士(Sir Nevill Mott)曾說:「J.C. Bose至少領先他的時代60年。事實上,他已經預見P型和N型半導體的存在。」電機電子工程師學會(IEEE)也自今年2025年起,設立以他為名的獎章,表彰對無線通訊技術有重要貢獻的人。
參考資料: