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LILIENFELD, Julius E.
LILIENFELD, Julius E.

Descripción

Julius Edgar Lilienfeld [Leópolis, Reino de Galitzia y Lodomeria (Imperio austrohúngaro), 1882 - Charlotte Amalie, Virgin Islands (Estados Unidos), 1963]. Físico alemán nacionalizado estadounidense. Inventó y patentó los principios del primer transistor de efecto de campo (FET), que no se pudo construir porque la tecnología en el año 1925 era insuficiente. Se considera que es el origen de la industria de los semiconductores. Inventó el tubo de rayos X, conocido como tubo de Lilienfeld, y el condensador electrolítico. Consiguió 15 patentes alemanas y 60 estadounidenses.

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1910 | 1920 | 1930 | EINSTEIN | física | HEIL | LILIENFELD

Biografía

Julius Edgar Lilienfeld nació en el seno de una familia judía practicante, de habla alemana, en Leópolis (Reino de Galitzia y Lodomeria) perteneciente al imperio austrohúngaro (actualmente Lviv en Ucrania), el 18 de abril de 1882. Hijo de Siegmund Lilienfeld, abogado, y Sarah Jampoler.

En su adolescencia, Julius asistió a la Oberrealschule local. En último trimestre de 1899 inició los estudios de ingeniería mecánica en la Universidad Politécnica de Berlín-Charlottenburg. Un año más tarde, tras los estudios y prácticas realizados, sospechó que su vocación estaba en las ciencias naturales y en 1900 se matriculó en la Universidad Friedrich Wilhelm de Berlín (cuyo nombre cambiaría a Universidad de Humboldt en 1949). Estudió Filosofía, Matemáticas, Física y Química, si bien prestó su mayor interés a la Física experimental. Asistió a clases impartidas por J. van’t Hoff y M. Planck, entre otros. En el último curso, Lilienfeld trabajó en el Instituto de Física de la Universidad bajo la tutoría de Emil Warburg y, a finales de 1904, completó sus estudios en la Universidad Friedrich-Wilhelms. El 18 de febrero de 1905 alcanzó el doctorado, tras presentar el día 2 de ese mes su tesis titulada Uber eine allgemeine und hervorragend empfindliche Methode zur spektralen qualitativen Elementaranalyse von Gasgemischen (“Sobre un método muy sensible para un análisis espectral cuantitativo de las mezclas de gas”) ante E. Warburg, M. Planck, H. Landolt y W. Dilthey, quienes la calificaron “cum laude”.

En 1905, comenzó a trabajar en el Instituto de Física de la Universidad de Leipzig como profesor asociado. Inició sus investigaciones sobre la producción de gases licuados, para estudiar a continuación los cambios de las descargas eléctricas en el vacío, lo que condujo directamente a algunas de sus primeras patentes para tubos médicos de rayos X. También trabajó en gases criogénicos y con el conde Ferdinand von Zeppelin en el diseño de dirigibles llenos de hidrógeno líquido, opción que Lilienfeld recomendaba.

Tras superar una traba administrativa al no encontrarse su certificado de finalización de su enseñanza secundaria, el 15 de marzo de 1910 Lilienfeld presentó su disertación Die Elektrizitaitsleitung im extremen Vakuum (“La conductividad eléctrica en un tubo de alto vacío”), que le habilitó para la docencia en el Instituto de la Universidad de Leipzig. Explicó a una veintena de alumnos la licuefacción de gases y la física a baja temperatura así como los rayos X y otros fenómenos radioactivos. A mediados de 1915 las clases tuvieron que ser canceladas, porque sus alumnos fueron llamados a filas.

Estudiando las descargas en tubos de alto vacío, Lilienfeld diseñó un nuevo tubo de rayos X, que pronto fue conocido como Lilienfeldröhre (“tubo de Lilienfeld”) y para el que solicitó una patente el 2 de octubre de 1912 en la Oficina de Patentes de los EE.UU. y que le fue concedida el 22 de diciembre de 1914. Una mejora del mismo tubo fue patentada en el Reino Unido el 15 de marzo de 1915.

El 1 de agosto de 1916, el Ministerio de Sajonia, reconociendo la importante labor desarrollada por Lilienfeld, lo promovió al nivel de profesor asociado con un presupuesto extraordinario, a pesar de encontrarse el país en guerra.

Lilienfeld identificó la emisión de electrones por efecto de campo como un efecto físico separado. En una solicitud de patente en 1922, Lilienfeld explicó que su “dispositivo autoeléctrico” permitía liberar electrones solamente por un campo eléctrico. En 1928 solicitó otra patente para un “triodo autoelectrónico” que incorporaba además un campo magnético. Perseguía disponer de una posible fuente de electrones para tubos de rayos X miniaturizados, en aplicaciones médicas. Descubrió una radiación óptica, cerca de los ánodos de los tubos de rayos X, emitida cuando los electrones colisionaban contra una superficie metálica. Se denominó "radiación de Lilienfeld”. Su origen se atribuye a la excitación, en la superficie del metal, de plasmones (cuasipartículas resultado de la cuantización de las oscilaciones del plasma).

En 1921 Lilienfeld viajó por primera vez a los Estados Unidos para pronunciar una conferencia y reclamar sus derechos de patente en los tubos de rayos X, comercializados por General Electric, así como los de otras de sus patentes, confiscados por la Oficina Custodia de Propiedad Extranjera, como pertenecientes al enemigo de los Estados Unidos en la Primera Guerra Mundial.

En 1925 Lilienfeld formuló teóricamente el funcionamiento del FET (Field Effect Transistor) con bastante precisión, aunque no hay evidencias de que llegara jamás a construirlo. Los materiales de alta pureza necesarios para que dichos dispositivos funcionasen estaban lejos de su disponibilidad, así como las herramientas y posibilidades de la modelación y fabricación en volumen. Sí registró algunas patentes sobre su construcción y funcionamiento. En 1926 solicitó la patente "Método y aparato para controlar las corrientes eléctricas", que describía el FET, proponiendo una estructura de tres electrodos utilizando material semiconductor de sulfuro de cobre. Presentó la solicitud de patente el 22 de octubre de 1925 en Canadá y luego el 8 de octubre de 1926 en EE.UU, que se la otorgó el 18 de enero de 1930 (Patente nº 1.745.175).

En 1926, Lilienfeld renunció a su puesto en la Universidad de Leipzig y emigró a los EE.UU., ante la creciente persecución a los judíos en Alemania. La Universidad de Nueva York le ofreció una ocupación temporal por uno o dos años.

El 2 de mayo de ese mismo año, Julius E. Lilienfeld se casó con Beatrice Ginsburg, en la ciudad de Nueva York y fijaron su residencia en Winchester (Massachusetts).

En 1928, Lilienfeld fue contratado por la empresa Amrad Inc., fabricante de radios y repuestos, en Malden (Massachusetts), para el departamento de Investigación y Desarrollo. Posteriormente Amrad fue absorbida y cambió su denominación por Ergon Research Laboratories, pertenecientes a la Corporación Magnavox, donde Lilienfeld llegó a ser director. Se dedicó a la electroquímica de las películas anódicas de óxido de aluminio y su aplicación a la fabricación de condensadores electrolíticos. De la patente de uno de ellos, solicitada en 1931 y otorgada tres años después, derivó el más utilizado durante el siglo XX. Fue el claro antecedente del primer condensador electrolítico de estado sólido y del rectificador de estado sólido, patentado también por Lilienfeld. En 1930 presentó ante la Sociedad Electromecánica un estudio completo sobre los condensadores electrolíticos, que de forma resumida publicaría en los años 1932 y 1935.

En 1934 Julius Edgar Lilienfeld obtuvo la ciudadanía estadounidense. Al año siguiente los Laboratorios de Investigación de Ergon, cerraron y los Lilienfeld se construyeron una casa en St. Thomas en las Islas Vírgenes de Estados Unidos con la esperanza de escapar de una alergia asociada a los campos de trigo, que Julius había sufrido durante la mayor parte de su vida. Lilienfeld viajaba frecuentemente entre St. Thomas y varios lugares del continente y continuó desarrollando nuevas ideas, patentando los resultados y manteniendo correspondencia con Albert Einstein.

En los años ’20 y ’30 del siglo XX, las ideas de Lilienfeld, relativas a un amplificador de estado sólido, no representaban un valor práctico para la industria de la radio. Tampoco sus patentes, aunque encerraban los principios del transistor de efecto de campo (FET). El término ‘transistor’ apareció mucho más tarde, en 1946, en los Laboratorios Bell cuando emplearon germanio de alta pureza para crear un amplificador de estado sólido. La reinvención de los transistores unos veinte años después de que Lilienfeld los concibiera, supuso tres premios Nobel para los Bell Labs, pero no los derechos de patente, pues el ‘estado del arte’ según la ley de patentes estadounidense, del transistor de efecto de campo pertenecía a Lilienfeld. El FET sería la base de la industria moderna de semiconductores y la era de la información empezó su evolución. Las estructuras bipolares marcarían el camino para que en 1947 Bell Labs descubriera el transistor de contacto de punto en 1947 y el transistor de unión bipolar mucho más práctico en 1948, siguiendo la Ley de Moore.

A lo largo de su vida, Lilienfeld obtuvo 15 patentes alemanas y 60 estadounidenses.

Julius Edgar Lilienfeld entre los años 1926 y 1928 solicitó estas tres patentes relacionadas con los principios del transistor de efecto de campo:

  • "Método y aparato para controlar las corrientes eléctricas", referida al FET, que primero presentó en Canadá el 22 de octubre de 1925 y después en EE.UU. Patente nº 1.745.175 (presentada el 8 de octubre de 1926 y concedida el 18 de enero de 1930).
  • “Dispositivo para controlar la corriente eléctrica", que se deriva de la anterior y referida al MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), presentada el 28 de marzo de 1928. Patente de Estados Unidos Nº 1.900.018
  • "Amplificador para corrientes eléctricas", presentada el 12 de agosto de 1928, dispositivo de estado sólido en el que el flujo de corriente es controlado por una capa metálica porosa, una versión de estado sólido del tubo de vacío.

Algunas otras patentes de Julius Edgar Lilienfield:

  • "Proceso y aparato para producir rayos Roentgen", presentada el 10 de febrero de 1912, describe un tubo de rayos X que produce rayos X de electrones emitidos a partir de un filamento caliente.
  • "Tubo de rayos Roentgen", presentada el 17 de abril de 1914, describe un refinamiento de su anterior tubo de rayos X que produce rayos X de electrones emitidos a partir de un filamento caliente.
  • "Condensador electrolítico", presentada el 29/08/1931.

En su honor, la American Physical Society instituyó los premios Lilienfeld.

Julius Edgar Lilienfeld murió el 28 de agosto de 1963 a la edad de 81 años en Carlota Amalia, Islas Vírgenes (Estados Unidos).

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