والتر هـ. شوتكي

والتر هـ. شوتكي
شوتكي، حوالي عام 1920
وُلِدّ	والتر هانز شوتكي 23 يوليو 1886 ( 1886-07-23 ) زيورخ ، سويسرا
مات	4 مارس 1976 (89 سنة) ( 1976-03-05 ) فورشهايم ، ألمانيا الغربية [1]
جنسية	الألمانية
المدرسة الأم	جامعة برلين
معروف بـ	صمام شوتكي تأثير شوتكي حاجز شوتكي عيب شوتكي شذوذ شوتكي قاعدة شوتكي-موت معادلة موت-شوتكي رسم موت-شوتكي انحناء النطاق أنبوب مفرغ على شكل شبكة شاشة ميكروفون شريطي مكبر صوت شريطي نظرية انبعاث المجال ضوضاء الطلقات أيونات الحالة الصلبة تفسيرات متناظرة زمنيًا لميكانيكا الكم
الجوائز	وسام هيوز (1936) وخاتم فيرنر فون سيمنز (1964)
المسيرة العلمية
الحقول	فيزيائي
المؤسسات	جامعة ينا (1912–1914) مختبرات أبحاث شركة سيمنز (1912-1914، 1927-1958) جامعة فورتسبورغ (1919–1923) جامعة روستوك (1923–1927)
أُطرُوحَة	Zur relativtheoretischen Energetik und Dynamik (1912)
مستشار الدكتوراه	ماكس بلانك هاينريش روبنز
طلاب بارزون	فيرنر هارتمان

كان والتر هانز شوتكي (23 يوليو 1886 - 4 مارس 1976) فيزيائيًا ألمانيًا لعب دورًا مبكرًا رئيسيًا في تطوير نظرية ظاهرة انبعاث الإلكترونات والأيونات، ^[2] اخترع أنبوب التفريغ الشبكي للشاشة في عام 1915 أثناء عمله في شركة سيمنز ، ^[3] وشارك في اختراع الميكروفون الشريطي ومكبر الصوت الشريطي مع الدكتور إروين جيرلاش في عام 1924 ^[4] وقدم لاحقًا العديد من المساهمات المهمة في مجالات أجهزة أشباه الموصلات والفيزياء التقنية والتكنولوجيا.

وقد سُميت باسمه ظاهرة شوتكي ( انبعاث حراري مهم لتكنولوجيا الصمام المفرغ )، وثنائي شوتكي (حيث تسمى طبقة الاستنزاف التي تحدث فيه حاجز شوتكي )، وشواغر شوتكي (أو عيوب شوتكي )، وشذوذ شوتكي (قيمة ذروة السعة الحرارية) ومعادلة موت-شوتكي (قانون الشحنة الفراغية لانغموير-شوتكي). وقد أجرى أبحاثًا حول آليات الضوضاء الكهربائية ( ضوضاء الطلقات )، والشحنة الفراغية ، وخاصة في الأنابيب الإلكترونية، وطبقة الحاجز في أشباه الموصلات ، والتي كانت مهمة لتطوير مقومات أكسيد النحاس والترانزستورات .

كان والد شوتكي عالم الرياضيات فريدريش هيرمان شوتكي (1851-1935). كان لشوتكي أخت واحدة وأخ واحد. عُين والده أستاذًا للرياضيات في جامعة زيورخ عام 1882، وولد شوتكي بعد ذلك بأربع سنوات. ثم انتقلت الأسرة مرة أخرى إلى ألمانيا عام 1892، حيث تولى والده منصبًا في جامعة ماربورغ . ^[5]

تخرج شوتكي من مدرسة شتيجليتز الثانوية في برلين عام 1904. وأكمل درجة البكالوريوس في الفيزياء في جامعة فريدريك ويليام في برلين عام 1908، وأكمل درجة الدكتوراه في الفيزياء في هذه الجامعة عام 1912، ودرس تحت إشراف ماكس بلانك وهينريش روبنز ، بأطروحة بعنوان: Zur relativtheoretischen Energetics und Dynamik ، "حول الطاقة والديناميكيات النسبية النظرية".

أمضى شوتكي فترة ما بعد الدكتوراه في جامعة يينا (1912-1914). ثم ألقى محاضرات في جامعة فورتسبورغ (1919-1923). وأصبح أستاذًا للفيزياء النظرية في جامعة روستوك (1923-1927). وعمل شوتكي لمدة فترتين كبيرتين في مختبرات أبحاث شركة سيمنز (1914-1919 و1927-1958).

انتقلت مجموعته البحثية في عام 1943 إلى بريتسفيلد في فرانكونيا العليا أثناء الحرب العالمية الثانية . وكان هذا أيضًا بمثابة المحفز لإنشاء مختبر أشباه الموصلات لشركة Siemens-Schuckert -Werke في قلعة بريتسفيلد في عام 1946 حتى عام 1955، ثم عمل في إرلانجن حتى عام 1958. عاش الفيزيائي في بريتسفيلد حتى وفاته في عام 1976، حيث دُفن أيضًا. ^[6]

في عام 1924، اخترع شوتكي ميكروفون الشريط بالاشتراك مع إروين جيرلاش. كانت الفكرة أن شريطًا دقيقًا للغاية معلقًا في مجال مغناطيسي يمكنه توليد إشارات كهربائية. أدى هذا إلى اختراع مكبر الصوت الشريطي باستخدامه بالترتيب العكسي، لكن لم يكن ذلك عمليًا حتى أصبحت المغناطيسات الدائمة عالية التدفق متاحة في أواخر ثلاثينيات القرن العشرين. ^[4]

في عام 1914، طور شوتكي الصيغة الكلاسيكية المعروفة، والتي كتبت هنا باسم

${\displaystyle E_{\rm {int}}(x)=-{\frac {q^{2}}{16\pi \epsilon _{0}{x}}}}$.

تحسب هذه المعادلة طاقة التفاعل بين شحنة نقطية q وسطح معدني مسطح ، عندما تكون الشحنة على مسافة x من السطح. ونظرًا لطريقة اشتقاقها، يُطلق على هذا التفاعل "طاقة الوضع للصورة" (الصورة PE). استند شوتكي في عمله على عمل سابق للورد كلفن يتعلق بالصورة PE للكرة. أصبحت صورة شوتكي PE مكونًا قياسيًا في النماذج البسيطة للحاجز للحركة، M ( x )، الذي يختبره الإلكترون عند الاقتراب من سطح معدني أو واجهة معدنية شبه موصلة من الداخل. (هذه M ( x ) هي الكمية التي تظهر عندما تُكتب معادلة شرودنجر أحادية البعد والجسيم الواحد في الشكل

${\displaystyle {\frac {d^{2}}{dx^{2}}}\Psi (x)={\frac {2m}{\hbar ^{2}}}M(x)\Psi (x).}$

وهنا، هو ثابت بلانك المخفض ، و m هي كتلة الإلكترون .) ${\displaystyle \hbar }$

عادةً ما يتم دمج صورة PE مع مصطلحات تتعلق بالحقل الكهربائي المطبق F والارتفاع h (في حالة عدم وجود أي مجال) للحاجز. يؤدي هذا إلى التعبير التالي لاعتماد طاقة الحاجز على المسافة x ، المقاسة من "السطح الكهربائي" للمعدن، إلى الفراغ أو إلى أشباه الموصلات :

${\displaystyle M(x)=\;h-eFx-e^{2}/4\pi \epsilon _{0}\epsilon _{r}x\;.}$

هنا، e هي الشحنة الموجبة الأولية ، و ε ₀ هو الثابت الكهربائي و ε _r هي السماحية النسبية للوسط الثاني (=1 للفراغ ). في حالة الوصلة المعدنية شبه الموصلة ، يُطلق على هذا حاجز شوتكي ؛ وفي حالة واجهة المعدن والفراغ، يُطلق على هذا أحيانًا حاجز شوتكي-نوردهايم . في العديد من السياقات، يجب أن يُؤخذ h على أنه يساوي دالة العمل المحلية  φ .

لقد لعب حاجز شوتكي -نوردهايم (حاجز SN) دورًا مهمًا في نظريات الانبعاث الحراري وانبعاث الإلكترونات الحقلية . يؤدي تطبيق المجال إلى خفض الحاجز، وبالتالي تعزيز تيار الانبعاث في الانبعاث الحراري . يُطلق على هذا " تأثير شوتكي "، ويُطلق على نظام الانبعاث الناتج " انبعاث شوتكي ".

في عام 1923 اقترح شوتكي (بشكل غير صحيح) أن الظاهرة التجريبية التي كانت تسمى آنذاك الانبعاث التلقائي الإلكتروني والتي تسمى الآن انبعاث الإلكترونات الميدانية كانت تحدث عندما تم سحب الحاجز إلى الصفر. في الواقع، يرجع التأثير إلى النفق الميكانيكي الموجي ، كما أظهر فاولر ونوردهايم في عام 1928. لكن حاجز المستعر الأعظم أصبح الآن النموذج القياسي لحاجز النفق.

لاحقًا، في سياق أجهزة أشباه الموصلات ، اقترح وجود حاجز مماثل عند تقاطع المعدن وشبه الموصل. تُعرف هذه الحواجز الآن على نطاق واسع باسم حواجز شوتكي ، وتنطبق الاعتبارات على نقل الإلكترونات عبرها والتي تشبه الاعتبارات القديمة حول كيفية انبعاث الإلكترونات من المعدن إلى الفراغ. (في الأساس، توجد عدة أنظمة انبعاث، لمجموعات مختلفة من المجال ودرجة الحرارة. تخضع الأنظمة المختلفة لصيغ تقريبية مختلفة.)

عند فحص السلوك الكامل لهذه الواجهات، نجد أنها يمكن أن تعمل (بشكل غير متماثل) كشكل خاص من الصمام الثنائي الإلكتروني، والذي يُسمى الآن صمام شوتكي . في هذا السياق، يُعرف الوصل المعدني شبه الموصل باسم " اتصال شوتكي (التصحيحي) ".

تشكل مساهمات شوتكي في مجال علوم الأسطح/إلكترونيات الانبعاث وفي نظرية أجهزة أشباه الموصلات الآن جزءًا مهمًا وشاملًا من الخلفية التي تقوم عليها هذه الموضوعات. وربما يمكن القول إنها ـ ربما لأنها تندرج في مجال الفيزياء التقنية ـ لا تحظى بالتقدير العام الذي ينبغي لها أن تحظى به.

حصل على ميدالية هيوز من الجمعية الملكية عام 1936 لاكتشافه تأثير الطلقة (تغيرات التيار التلقائية في أنابيب التفريغ عالية الفراغ، والتي أطلق عليها "تأثير شروت": حرفيًا "تأثير الطلقة الصغيرة") في الانبعاث الحراري واختراعه لشبكة الشاشة الرباعية وطريقة الفوق المتغايرة لاستقبال الإشارات اللاسلكية. في عام 1962، حصل على ميدالية كارل فريدريش جاوس. في عام 1964 حصل على خاتم فيرنر فون سيمنز تكريمًا لعمله الرائد في الفهم الفيزيائي للعديد من الظواهر التي أدت إلى العديد من الأجهزة التقنية المهمة، من بينها مكبرات الصوت الأنبوبية وأشباه الموصلات .

يُنسب اختراع الفوق هيترودين عادةً إلى إدوين أرمسترونج . ومع ذلك، نشر شوتكي مقالاً في وقائع معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات قد يشير إلى أنه اخترع وحصل على براءة اختراع لشيء مماثل في ألمانيا عام 1918. ^[7] كان الفرنسي لوسيان ليفي قد تقدم بطلب للحصول على براءة اختراع قبل أرمسترونج أو شوتكي، وفي النهاية تم الاعتراف ببراءة اختراعه في الولايات المتحدة وألمانيا. ^[8]

سُميت مؤسسة والتر شوتكي لأبحاث أشباه الموصلات وجائزة والتر شوتكي للإنجازات البارزة في فيزياء الحالة الصلبة باسمه. كما سُميت أيضًا دار والتر شوتكي التابعة للجامعة التقنية الراينية الفستفالية في آخن ومبنى والتر شوتكي التابع لجامعة جورج سيمون أوم للعلوم التطبيقية في نورمبرج باسمه. يقع معهد فراونهوفر للأنظمة المتكاملة وتكنولوجيا الأجهزة في شارع شوتكي في إرلانجن .

• الديناميكا الحرارية ، يوليوس سبرينغر، برلين، ألمانيا، 1929.
• Physik der Glühelektroden ، Akademische Verlagsgesellschaft ، لايبزيغ، 1928.

• ترانزستور شوتكي
• خلية شمسية ذات وصلة شوتكي
• ترانزستور حاجز السطح

• "والتر شوتكي - السيرة الذاتية والحقائق والصور". علماء مشهورون . تم استرجاعه في 20 يوليو 2024 .
• والتر شوتكي
• سيرة والتر هـ. شوتكي
• معهد والتر شوتكي
• والتر هـ. شوتكي في فهرس المكتبة الوطنية الألمانية
• راينهارد دبليو سيرشينجر: والتر شوتكي – صانع نظريات الذرة والتقنيات الكهربائية. Sein Leben und Werk bis ins Jahr 1941. ديبولز؛ شتوتغارت. برلين: GNT-Verlag، 2008.
• سلسلة نسب شوتكي في الرياضيات