鲜为人知的李利费尔德和以他名字命名的李利费尔德奖

MOSFET的 *** 作原理是在垂直于半导体表面的方向上加一电场来控制源极（source）与漏极（drain）之间的电导（conductance）。其实这个效应早在1925年即由李利费尔德（Julius, Edgar Lilienfeld）所发现。1930年他取得场效应元件的专利权。由于当时晶体表面及薄膜（thin film）方面的物理知识相当缺乏，所以场效应的元件无法制成。长时间以来，李利费尔德的专利无人问津。

虽然李利费尔德的专利无人问津，但它却并非一张废纸。大名鼎鼎的肖克来在贝尔实验室工作时，也有过场效应晶体管的想法，但是由于李利费尔德的专利保护，肖克来最初的场效应晶体管的专利申请被完全驳回。这一结果让贝尔实验室的人无不感到震惊，以至于1948年巴丁在申请他和布拉顿的点接触型晶体管的专利时也有很多担忧，害怕李利费尔德的专利保护会妨碍自己的专利申请通过。事实上，巴丁周围大部分人都认为这次专利申请凶多吉少。当然，事情的发展还是很顺利的，1950年这份专利申请被批准并被正式授予贝尔实验室。

这里要注意的是，贝尔实验室的点接触型晶体管的专利署名中竟然没有肖克来。要知道晶体管的基本原理都是肖克来想出来的，肖克来一向自认为是晶体管之父，他本人又是贝尔实验室半导体小组的组长。这是怎么回事呢？原来，申报专利时，贝尔实验室的专利律师发现这项点接触型晶体管的专利中部分内容与肖克来之前申请的专利有冲突，因此没有加上他的名字。这件事让肖克来很恼火，也很自卑。没办法，毕竟在点接触型晶体管方面，巴丁和布拉顿贡献更大，已经走到了他的前面。知耻而后勇。肖克来这时显示出他天才本色。他把自己关在实验室整整一个月，苦思冥想，发明出结型晶体管的制造方案。这是一种更加实用更加可行的晶体管方案。特别是更容易用在集成电路上。1950年11月，肖克来的结型晶体管制造成功。为使这种晶体管迅速广为人知，他还专门写了一本专著，介绍结型晶体管的理论和原理。肖克来用自己的勤奋和天才证明了自己不愧为晶体管之父的称号。

李利费尔德1916-1926年间曾任莱比锡大学物理学院教授。他的主要学术贡献包括：

改进了X射线管，这种管被后人称为李利费尔德管（Lilienfeld tubes）；

发明或改进了超高真空技术；

发现了一种新的场发射现象，此现象后来被称为Aona效应；

他在场效应晶体管上拥有多项美国专利，为固态放大器提出了新的想法，并且“比肖克来，布拉顿和巴丁的工作早了近20年”。

李利费尔德1963年在美国去世。1988年美国物理学会根据李利费尔德的遗孀Beatrice Lilienfeld的遗赠设立李利费尔德奖(The Julius Edgar Lilienfeld Prize)用以表彰对物理学做出卓越贡献的科学家。其中我们熟知的霍金（Stephen William Hawking）曾获得1999年的李利费尔德奖。基普索恩(Kip Thorne)曾获得1996年的李利费尔德奖。这个基普索恩是2017年诺奖获得者(验证引力波),是2014年美国科幻电影《星际穿越》(Interstellar)的科学指导。

  李淼《给孩子讲量子力学》读书笔记

  拉普拉斯是牛顿力学的忠实信徒。他曾说过，我们可以把宇宙现在的状态视为其过去的果以及未来的因。如果一个智者能知道某一时刻所有的力和所有物体的运动状态，那么未来就会像过去一样出现在他的面前。这个拉普拉斯口中全知全能的智者，后来被人称为“拉普拉斯妖”。而这种认为牛顿力学强大到足以决定未来的观点，被称为决定论，在20世纪以前一直是学术界的主流观点。(如东野圭吾的《拉普拉斯的魔女》)

  但是海森堡发现，在微观世界里，拉普拉斯的前提本身就是错的。你根本无法同时测出物体的位置和动量。换句话说，如果你的“石子”只有原子那么小，你要想精确地测出它的位置，那它的动量就一定测不准；反过来，你要想精确地测出它的动量，那它的位置就一定测不准。总之就是鱼和熊掌不可兼得。而这个鱼和熊掌不可兼得的结果，就是量子力学中最重要的海森堡不确定性原理。

  为什么在微观世界里，物体的位置和动量没办法同时测准呢？这其实不难回答。想想，我们一般要怎样测量一个物体的位置？我们首先得看见它，对不对？所谓的“看见”，就是让光打到物体上面，然后再反射到人眼或显微镜里。我们前面讲过，每种光都有自己的波长。万一光的波长比物体的尺寸还长，那它就反射不回来了；换句话说，我们无法看见尺寸小于光的波长的物体。所以，要想精确地测出物体的位置，就要尽可能用波长比较短的光。但我们也讲过，光的波长越短，光子的能量就越大；而能量大的光子打到特别小的物体上，就会干扰到它原来的运动。打个比方，有一个皮球在地上滚，一只苍蝇撞上去，皮球还是照滚不误；但一只小狗扑上去，皮球的运动轨迹立刻就变了。同样的道理，能量越大的光子，也越容易干扰微观粒子的运动状态。这意味着，用波长短的光，就没办法测准物体的动量了。

  所以你看，用波长比较长的光，能测准微观粒子的动量，却测不准它的位置；而用波长比较短的光，能测准微观粒子的位置，却测不准它的动量。鱼和熊掌不可兼得，说的就是这个道理。

  激光和其他任何光一样，都是由光子组成的，也就是我们在第一讲中讲过的构成光的微粒。小朋友们应该还记得，每个光子都有一定的能量。一般生活里常见的光，比如太阳光，就包含着许许多多的光子，而且这些光子的能量有大有小。但激光非常特别，它里面每个光子的能量都一样大。这就是激光与普通光最大的区别。

  目前最小的芯片尺寸已经做到只有5纳米，也就是1米的二亿分之一。照这个速度发展下去，到2030年，晶体管就会变得只有一个原子那么大。到那个时候，我们在第一讲中讲过的不确定性原理就会起作用，直接干扰到这些晶体管的运行。也就是说，2030年以后，或许半导体芯片就会停止发展了。

  1982年，三位物理学家发现了一个重要的定理，叫作量子不可克隆定理。它说的是，在量子世界里，没有一个东西可以被完全地复制。换句话说，你没办法拷贝像一个电子、一个原子或一个分子那么小的东西。

  其实量子传输已经在真实世界里实现了。1993年，六位物理学家想出了一个用量子纠缠来实现量子传输的办法。

  2019年8月央视报道，我国科学家日前在国际上首次成功实现高维度量子体系的隐形传态，为发展高效量子网络奠定了坚实的科学基础。近日，国际权威学术期刊《物理评论快报》发表了这一最新研究成果，并称其是“量子通信领域的一个里程碑”。

  中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍，量子隐形传态，是一种全新的通信方式，类似于科幻电影中的星际穿越。 它能借助量子纠缠这一特性，将未知的量子态传输到遥远地点，而不用传送物质本身，是远距离量子通信和分布式量子计算的核心功能单元。

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