要發多少篇NATURE，SCIENCE才算夠多？
作為一個科學家，誰不願意在自己的簡歷中添上一兩篇NATURE或SCIENCE的文章？
任何一位有着雄心壯志的科學家，誰不希望自己的研究小組能夠每年發表一兩篇
NATURE或SCIENCE的文章？可有任何一個博士後，一位從事實驗研究的博士後，
未曾夢想過自己能夠遞出一份簡歷，上面有着三篇自己作為第一作者的NATURE
或SCIENCE的文章？然而，您可曾經聽說過發表10篇NATURE或SCIENCE的文章的
科學家？也許您見多識廣，但如果有人現在告訴你說，一位實驗工作者在不到
兩年的時間裡發表了十五、六篇第一作者的NATURE或SCIENCE的文章，您會是什
麼反應？
這裡要介紹的就是一位有着如此輝煌簡歷的博士後--德國物理學家、BELL實驗
室的博士後J H SCHON 。當然，他已經不再是博士後了，哪家有幸收到他的簡
歷的研究機關的頭頭會笨得讓這樣的大魚漏網？其部分發表文章題目見附
錄（由MEDLINE檢索而得）。那麼，他到底做了什麼樣的工作呢？
我們知道，如果我們在一片絕緣材料的相對的兩面鍍上金屬薄膜作為電極，然
後在兩個電極之間施加電壓，部分電子就會從陰極（施加負電壓的電極）轉移
到陽極（施加正電壓的電極），從而在陽極出現多餘的電子（注意，電子不是
通過絕緣材料材料從陰極轉移到陽極的）。改變電壓就會改變電極中的電子濃
度。這是眾所周知的事情，因為我們說的正是簡簡單單的電容器而已。
現代電子工業中最常用的一種器件，場效應管（FIELD EFFECT DEVICE， FET）
就用到了上面談到的電容器的效應。場效應管是由絕緣體（不導電的材料，比
如說二氧化硅，也就是沙子），導體（導電的材料，比如說銅）和半導體（導
電性質介於導體和絕緣體之間的材料，它的導電性質可以通過很少量的改變其
中的電子濃度來改變，比如說硅）組成，由絕緣材料冊薄膜將導體和半導體分
開。場效應管是典型的三端器件，也就是說，它有三個電極，兩個接在半導體
上，用來測量半導體的電學性質（電阻，電流等等），這就是源電極和漏電極，
一個接在導體上，用於改變半導體的電學性質，這就是柵電極。在柵電極和漏
電極之間加電壓，由於電容器效應，半導體和絕緣材料的界面處的電子濃度就
回發生變化，從而改變了半導體的電學性質，而這有可以通過測量源電極和漏
電極之間的電阻來確認。計算機中不可缺少的0和1就是用場效應管的高電阻和
低電阻狀態來代表的。這一固體材料中實現的在五十年前取代了體積龐大無比，
性能極不穩定的構成第一代電子計算機的真空場效應管，使的今天的計算機飛
入尋常百姓家成為了可能。
半導體場效應管的的出現已經有半個世紀了，絕大多數人（準確的說，可能只
有SCHON和他的幾個同事例外）認為對它的認識已經到頭了，不會再有什麼新
花樣了。誰能知道，場效應管會在五十年後的今天又在基礎科研中大顯身手呢？
我們知道，自然界能夠提供的材料的種類是有限的，而且這些材料的性能並不
一定盡如人意，科學家們花費了極大的心血來開發新的材料，提高材料的性能。
簡單來說，開發新材料不外以下幾種方法：將已有的材料提高純度，比如說生
長純度儘可能高、晶體結構儘可能好的晶體；將幾種不同的材料組合起來構成
新材料，比如說我們常聽到的複合材料；將已有材料中有控制的摻入少量雜質，
從而改變材料的各種性能。在與計算機、電子工業密切相關的半導體工藝中，
摻雜是最為常用的手段，所以，科學家們在這方面作出的努力也很大，在純淨
的半導體材料中摻入少量的雜質能夠顯著的改變有效電子的濃度，對新材料的
各種物理性質有着至關重要的影響。但是，摻雜也有一個顯而易見的缺點，那
就是它會不可避免的對純淨材料的晶體結構有一定的影響。這樣一來，材料的
物理性質的改變，比如說電阻，就是兩種機製作用的結果：一是由於有效電子
濃度的變化；二是由於材料晶體結構的變化。這兩者並不完全等同。另外，材
料科學家們費了九牛二虎之力好不容易才生長出來的純淨的半導體材料，可是
為了提高它的性能你又不得不摻入一些雜質進去，多可惜啊。材料的電學性質
極大程度上是由材料中的有效電子濃度決定的，您讀到這時候，就會說，為什
麼不用場效應管的原理（電容器效應）來調節材料中的電子濃度呢？您還真問
對了，SCHON同志就是這樣做的，結果呢，他作為第一作者發表了一打有半的
NATURE或SCIENCE的文章。平均下來大概一個半月一篇，不知羨煞多少同仁。
SCHON和他的同事們在高質量的晶體（有的是大分子有機材料，有的是碳巴基球
材料，還有的是鈣鈦礦結構的材料，形形色色，不一而足）表面生長了一層高
質量的絕緣材料（說起來很簡單，就是氧化鋁，您家用來蒸米飯的鋁鍋的表面
就全是這玩意兒），再在上面蒸發一層金屬電極，就構成了一個典型的場效應
管。然後他們通過改變柵極電壓的方法來改變晶體材料和絕緣材料的界面處的
電子的濃度，觀察到了形形色色的新現象：比如說，他們能夠在同一個器件中，
把本來是絕緣體的晶體材料變成半導體，再變成導體，最後變成超導體（這是
一種不常見的物質狀態，通常在極低溫度下出現，這時候材料的電阻變為零，
也就是說，電子在其中流動不受阻礙）；他們用這種場效應管製成了發光管，
激光器，光電轉換電池；他們在這種場效應管觀察到了量子霍爾效應，分數
量子霍爾效應，高溫超導現象（這一段是用來嚇人的，站着說話不腰疼就不再
解釋了）。特別值得一提的是，他們觀察到了在絕對溫度117度（約攝氏零下
150度）下依然存在的超導現象，已經可以銅系的陶瓷氧化物高溫超導體相比
了。也許不遠的將來，室溫超導體就會出現了。就我個人來說，如果SCHON和
他的同事們明天宣布發現了室溫超導體，我是一點也不會吃驚的。SCHON和他
的同事們的工作不僅得以在NATURE和SCIENCE上大量發表，NATURE和SCIENCE
還多次請各領域的大腕寫捧場文章，科普雜誌如PHYSICS TODAY和PHYSICS
WORLD也競相報道。
讀到這裡您可能會問，就這麼簡單，不是騙人呢吧？好事怎麼都讓他們給撞
上了？其他的科學家幹什麼去了，都是吃乾飯的不成？這時候筆者就要提醒
您注意他的筆名了，站着說話不腰疼（類似的話還有飽漢不知餓漢飢，看人
挑擔不覺累、自己挑擔累斷腰）。這個工作至少有如下的難點：首先，您要
能夠生長高質量的晶體，這可不只是一句話的事，多少科學家付出了無盡的
心血和聰明才智，發明了不知多少新方法、新儀器才能得以在世界上屈指可
數的幾個實驗室中實現；其次，您要能夠生長高質量的絕緣薄膜，改變材料
的性能需要大幅度的改變有效電子的濃度，這意味着您的絕緣薄膜必須能夠
承受非常高的電壓，不能有半點缺陷，而這也正是難度所在，到目前為止，
製作高質量絕緣薄膜的技術還知識BELL實驗室的這個研究小組獨家掌握，只
此一家，別無分店；最後，在此之前，其他的科學家可能還真沒有人認真考
慮過用場效應摻雜的原理來顯著改變晶體材料性能的可行性，也許這才是最
主要的，不怕干不到，就怕想不到。現在世界上有許多研究小組正在研究這
一課題，爭取早日重複SCHON和他的同事們的工作（我們系就有這樣的一個
研究小組），而與此同時，SCHON和他的同事們的文章正象潮水一般湧向
NATURE和SCIENCE的編輯部。也許其他小組重複出他們的工作之時，也就是
SCHON和他的同事們（SCHON，KLOC，BATLOGG等）獲得諾貝爾獎金之日。
人們不禁要問，要發多少篇NATURE，SCIENCE文章才算夠多了呢？
DISCLAIMER：“站着說話不腰疼”不認為他自己的任何陳述具有原創性，因
為他讀書從來不求甚解，不記出處。除非在有相反聲明的地方，讀者應當認
為那是別人已有的點子，而這傢伙只是在拾人牙慧。
附錄：
1: Schon JH, Meng H, Bao Z.
correction: Self-assembled monolayer organic field-effect transistors.
Nature. 2001 Nov 22;414(6862):470.
2:Schon JH, Dorget M, Beuran FC, Zu XZ, Arushanov E, Deville
Cavellin C, Lagues M.
Superconductivity in CaCuO2 as a result of field-effect doping.
Nature. 2001 Nov 22;414(6862):434-6.
3:Schon JH, Meng H, Bao Z.
Field-Effect Modulation of the Conductance of Single Molecules.
Science. 2001 Nov 8 [epub ahead of print]
4:Schon JH, Kloc C, Siegrist T, Steigerwald M, Svensson C, Batlogg B.
Superconductivity in single crystals of the fullerene C70.
Nature. 2001 Oct 25;413(6858):831-3.
5:Schon JH, Meng H, Bao Z.
Self-assembled monolayer organic field-effect transistors.
Nature. 2001 Oct 18;413(6857):713-6.
6:Schon JH, Dorget M, Beuran FC, Xu XZ, Arushanov E, Lagues M,
Deville Cavellin C.
Field-induced superconductivity in a spin-ladder cuprate.
Science. 2001 Sep 28;293(5539):2430-2.
7:Schon JH, Kloc C, Batlogg B.
High-temperature superconductivity in lattice-expanded C60.
Science. 2001 Sep 28;293(5539):2432-4.
8:Siegrist T, Kloc C, Schon JH, Batlogg B, Haddon RC, Berg S,
Thomas GA.
Enhanced Physical Properties in a Pentacene Polymorph.
Angew Chem Int Ed Engl. 2001 May 4;40(9):1732-1736.
9: Schon JH, Kloc C, Batlogg B.
Universal crossover from band to hopping conduction in molecular
organic semiconductors.
Phys Rev Lett. 2001 Apr 23;86(17):3843-6.
10:Schon JH, Kloc C, Hwang HY, Batlogg B.
Josephson junctions with tunable weak links.
Science. 2001 Apr 13;292(5515):252-4.
11:Schon JH, Dodabalapur A, Bao Z, Kloc C, Schenker O, Batlogg B.
Gate-induced superconductivity in a solution-processed organic
polymer film.
Nature. 2001 Mar 8;410(6825):189-92.
12:Lee M, Schon JH, Kloc C, Batlogg B.
Electron-phonon coupling spectrum in photodoped pentacene crystals.
Phys Rev Lett. 2001 Jan 29;86(5):862-5.
13:Schon JH, Kloc C, Batlogg B.
Superconductivity at 52 K in hole-doped C60.
Nature. 2000 Nov 30;408(6812):549-52.
14:Schon JH, Dodabalapur A, Kloc C, Batlogg B.
A light-emitting field-effect transistor.
Science. 2000 Nov 3;290(5493):963-6.
15:Schon JH, Kloc C, Batlogg B.
Superconductivity in molecular crystals induced by charge injection
Nature. 2000 Aug 17;406(6797):702-4.
16: Schon JH, Kloc C, Dodabalapur A, Batlogg B.
An organic solid state injection laser
Science. 2000 Jul 28;289(5479):599-601.
17:Schon JH, Kloc C, Batlogg B.
Fractional quantum hall effect in organic molecular semiconductors
Science. 2000 Jun 30;288(5475):2339-40.
18:Schon JH, Kloc C, Haddon RC, Batlogg B.
A superconducting field-effect switch
Science. 2000 Apr 28;288(5466):656-8.
19:Schon JH, Berg S, Kloc C, Batlogg B.
Ambipolar pentacene field-effect transistors and inverters
Science. 2000 Feb 11;287(5455):1022-3.
20: Schon JH, Kloc C, Bucher E, Batlogg B.
Efficient organic photovoltaic diodes based on doped pentacene
Nature. 2000 Jan 27;403(6768):408-10.
