La formidable boîte à musique transistorisée de John Bardeen

Le 16 décembre 1947, après des mois de travail et de raffinement, les physiciens des Bell Labs John Bardeen et Walter Brattain ont terminé leur expérience critique prouvant l'efficacité du transistor à contact ponctuel. Six mois plus tard, Bell Labs a fait une démonstration devant des responsables de l'armée américaine, qui ont choisi de ne pas classer la technologie en raison de ses applications potentiellement étendues. La semaine suivante, des nouvelles du transistor ont été communiquées à la presse. Le New York Herald Tribune a prédit que cela provoquerait une révolution dans l'industrie électronique. Ça faisait.

Cet article fait partie de notre dossier spécial sur le 75e anniversaire de l'invention du transistor.

En 1949, un ingénieur des Bell Labs a construit trois boîtes à musique pour montrer les nouveaux transistors. Chaque Transistor Oscillator-Amplifier Box contenait un circuit oscillateur-amplificateur et deux transistors à contact ponctuel alimentés par une batterie de type B. Il produisait électroniquement cinq tonalités distinctes, bien que les sons ne soient pas exactement des délices mélodieux pour l'oreille. La conception de la boîte était un simple circuit LC, composé d'un condensateur et d'une inductance. La capacité était sélectionnable à l'aide de la banque de commutateurs, que Bardeen "jouait" lorsqu'il faisait la démonstration de la boîte.

John Bardeen, co-inventeur du transistor à contact ponctuel, aimait jouer l'air "How Dry I Am" sur sa boîte à musique. Le musée Spurlock / Université de l'Illinois à Urbana-Champaign

Bell Labs a utilisé l'une des boîtes pour démontrer la portabilité du transistor. Lors des premières démonstrations, la réponse instantanée des circuits a séduit les témoins, habitués à devoir attendre que les tubes à vide se réchauffent. Les deux autres boîtes à musique sont allées à Bardeen et Brattain. Seul celui de Bardeen survit.

Bardeen a apporté sa boîte à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign, lorsqu'il a rejoint la faculté en 1951. Malgré son travail révolutionnaire aux Bell Labs, il a été soulagé de déménager. Peu de temps après l'invention du transistor, l'environnement de travail de Bardeen a commencé à se détériorer. William Shockley, le patron notoirement difficile de Bardeen, l'a empêché de s'impliquer davantage dans les transistors, et Bell Labs a refusé d'autoriser Bardeen à créer un autre groupe de recherche axé sur la théorie.

Frederick Seitz a recruté Bardeen dans l'Illinois avec une nomination conjointe en génie électrique et en physique, et il y a passé le reste de sa carrière. Bien que Bardeen ait acquis une réputation d'instructeur non exceptionnel - une opinion que son élève Nick Holonyak Jr. dirait injustifiée - il a souvent fait rire les étudiants lorsqu'il a utilisé la boîte à musique pour jouer la chanson de l'époque de la prohibition "How Dry I Am". Il avait une clé de la séquence de notes collée sur le dessus de la boîte.

En 1956, Bardeen, Brattain et Shockley ont partagé le prix Nobel de physique pour leurs "recherches sur les semi-conducteurs et leur découverte de l'effet transistor". Cette même année, Bardeen a collaboré avec le postdoctorant Leon Cooper et l'étudiant diplômé J. Robert Schrieffer sur les travaux qui ont conduit à leur publication en avril 1957 dans Physical Review de "Microscopic Theory of Superconductivity". Le trio a remporté un prix Nobel en 1972 pour le développement du modèle BCS de supraconductivité (du nom de leurs initiales). Bardeen a été la première personne à remporter deux prix Nobel dans le même domaine et reste le seul double lauréat en physique. Il est décédé en 1991.

Les conservateurs de la Smithsonian Institution ont exprimé leur intérêt pour la boîte, mais Bardeen l'a plutôt offerte en prêt à long terme au World Heritage Museum (prédécesseur du Spurlock Museum) de l'Université de l'Illinois. De cette façon, il pouvait toujours l'emprunter occasionnellement pour l'utiliser dans une démonstration.

En général, cependant, les musées désapprouvent le fait de permettre aux donateurs - ou vraiment à n'importe qui - d'exploiter des objets dans leurs collections. C'est une politique sensée. Après tout, le but de la conservation des objets dans un musée est de permettre aux générations futures d'y avoir accès, et toute utilisation supplémentaire peut entraîner des détériorations ou des dommages. (Rassurez-vous, une fois que la boîte à musique est devenue une partie des collections acquises après la mort de Bardeen, peu de personnes ont été autorisées à la manipuler autrement que pour la recherche approuvée.) Mais les instruments de musique, et par extension les boîtes à musique, sont des objets fonctionnels : une grande partie de leur valeur. vient du son qu'ils produisent. Les conservateurs doivent donc trouver un équilibre entre l'utilisation et la préservation.

Il se trouve que la boîte à musique de Bardeen a fonctionné jusque dans les années 1990. C'est alors que le « vice inhérent » s'est installé. Dans le lexique de la pratique muséale, le vice inhérent fait référence à la tendance naturelle de certains matériaux à se décomposer malgré les meilleures tentatives des spécialistes de la préservation pour stocker les objets à la température, à l'humidité et aux niveaux de lumière idéaux. Le film de nitrate, le papier très acide et le caoutchouc naturel en sont des exemples classiques. Certains objets se décomposent rapidement car le mélange de matériaux qu'ils contiennent crée des réactions chimiques instables. Le vice inhérent est un casse-tête pour tout conservateur essayant de maintenir l'électronique en état de marche.

Le musée a demandé à John Dallesasse, professeur de génie électrique à l'Illinois, de jeter un coup d'œil à la boîte, espérant qu'elle avait juste besoin d'une nouvelle batterie. Le mentor de Dallesasse à l'Illinois était Holoynak, dont le mentor était Bardeen. Alors Dallesasse se considérait comme le petit-fils universitaire de Bardeen.

Il est vite devenu évident que l'un des transistors à contact ponctuel d'origine était tombé en panne et que plusieurs des condensateurs à cire s'étaient dégradés, m'a dit récemment Dallesasse. Mais remettre la boîte à musique en état de fonctionnement n'était pas aussi simple que de remplacer ces pièces. La plupart des restaurateurs professionnels respectent un code de déontologie qui limite leur intervention ; ils n'apportent que des modifications qui peuvent être facilement annulées.

En 2019, John Dallesasse, professeur à l'Université de l'Illinois, a soigneusement restauré la boîte à musique de Bardeen. Le Spurlock Museum/University of Illinois at Urbana-Champaign

Le musée a eu de la chance à un égard : le transistor à contact ponctuel était tombé en panne en tant que circuit ouvert au lieu d'un court-circuit. Cela a permis à Dallesasse de remplacer les pièces de rechange, en faisant passer les fils de la boîte à musique à une planche à pain externe pour contourner les composants défectueux, au lieu de défaire la soudure d'origine. Il s'est assuré d'utiliser des pièces appropriées à la période, y compris un transistor à contact ponctuel fonctionnel emprunté au fils de John, Bill Bardeen, même si cette technologie avait été remplacée par des transistors à jonction bipolaire.

Malgré tous les efforts de Dallesasse, la boîte recâblée émettait un léger bourdonnement à environ 30 kilohertz qui n'était pas présent dans l'original. Il a conclu que cela était probablement dû au câblage supplémentaire. Il a ajusté certaines des valeurs de condensateur pour accorder les tonalités plus près des sons originaux de la boîte. Dallesasse et d'autres ont rappelé que le premier ton avait été plus bas. Malheureusement, la fréquence n'a pas pu être réduite davantage car elle était à la limite des performances de l'oscillateur.

« Restauration de la boîte à musique Bardeen » www.youtube.com

Du point de vue de la préservation, l'une des choses les plus importantes que Dallesasse a faites a été de documenter le processus de restauration. Bardeen avait reçu la boîte en cadeau sans aucune documentation du concepteur d'origine, alors Dallesasse a cartographié le circuit, ce qui l'a aidé dans le dépannage. De plus, la réalisatrice de documentaires Amy Young et le producteur multimédia Jack Brighton ont enregistré une courte vidéo de Dallesasse expliquant son approche et sa technique. Désormais, les futurs historiens disposent de ressources sur la seconde vie de la boîte à musique, et nous pouvons tous entendre une interprétation générée par transistor de "How Dry I Am".

Fait partie d'une série continue qui examine des artefacts historiques qui embrassent le potentiel illimité de la technologie.

Une version abrégée de cet article apparaît dans le numéro imprimé de décembre 2022 sous le titre "John Bardeen's Marvelous Music Box".

Le transistor à 75 ans

Le passé, le présent et l'avenir de l'invention la plus importante du monde moderne

Comment fonctionnait le premier transistor

Même ses inventeurs n'ont pas entièrement compris le transistor à point de contact

La chronologie ultime des transistors

L'étonnante évolution du transistor des contacts ponctuels aux tunnels quantiques

L'état du transistor en 3 graphiques

En 75 ans, c'est devenu minuscule, puissant, omniprésent et tout simplement bizarre

Le CMOS empilé en 3D propulse la loi de Moore vers de nouveaux sommets

Quand les transistors ne peuvent pas devenir plus petits, la seule direction est vers le haut

Le transistor de 2047 : prédictions d'experts

À quoi ressemblera l'appareil à son 100e anniversaire ?

L'avenir du transistor est notre avenir

Seuls de meilleurs appareils peuvent relever les défis croissants de l'humanité

La formidable boîte à musique transistorisée de John Bardeen

Ce gadget simple a montré la magie du premier transistor