2002年，贝尔实验室公布了一份长达上百页的调查报告，指出其聘请的研究员舍恩涉嫌严重学术造假。随着调查报告一起公布的，是包括但不限于在《自然》上发表的7篇论文，《科学》发表的9篇论文，《物理评论》系列的6篇论文等由其作为第一作者的数十篇论文的大面积撤稿声明。这个不久前还被视为一颗冉冉升起的学术新星，得奖无数的年轻人，现在被人发现其所做出的所有成果几乎都是伪造而来的。他是如何能够在贝尔实验室这样的在业界享誉无数的著名实验室凭一己之力，在包括学术界顶级期刊在内的大大小小的学术期刊不断发表虚假的研究成果以至于成为业界领头人，但不管是他的同事还是同一领域内的科研人员都对其伪造的成果深信不疑。是舍恩太过狡猾，还是有着更深刻的原因？而为了回答这个问题，我们不得不从头、从每件事情发生的背景开始说起……
贝尔实验室：活在往日阴影下的传奇实验室
在新泽西郊区的莫里山地区，矗立着一栋用整面玻璃幕墙装饰的建筑，但这座如今看起来已无特别之处的大楼，深刻地改变了当代生活的面貌——它就是贝尔实验室。
诺贝尔奖作为主要奖励基础科学成就的奖项，可以想见一般得奖的人不是在大学里面从事研究工作就是在其他非盈利性的研究机构工作。但是贝尔实验室作为一个私营公司——AT&T——的附属实验室，却从这里走出了15个诺贝尔奖获得者、7个图灵奖获得者以及其他各种小奖项，更不要说还有香农这样大名鼎鼎的领域开创者。在得奖的和没得奖的贡献中，既有发明了晶体管、CCD、光伏电池、C语言、UNIX这样的实用创新，也有发现宇宙微波背景辐射、分数霍尔效应，提出激光制冷等对基础科学影响巨大的突破。可以说，现代生活的方方面面，都离不开贝尔实验室的发明创造。
1902年，后来因油滴实验而获得诺贝尔奖但在当时还不甚闻名的的罗伯特密里根(Robert Andrews Millikan)结婚了。后人提起这一场婚礼想起的更多是他忙着工作而差点错过了自己婚礼的传闻，但是今天我们的重点却是他的伴郎——一个身材瘦小、秃顶的物理学家，弗兰克朱厄特(Frank B. Jewett)。
朱厄特家境富裕，但与人相处时毫不势利，不管和谁都相处得来。在芝加哥读博士时，恰好和刚入职任教的密里根同住一栋宿舍楼，一来二去两人就成了朋友。博士毕业以后，朱厄特本想打算回到美国西部追随父亲，进入业界打拼，但最后还是选择了在麻省理工谋得了一个职位。不过在1904年的时候，他最终还是离开了学术界，加入了美国贝尔公司。
当朱厄特加入贝尔的时候，距离亚历山大贝尔取得电话的专利早已经过去了三十年，早已到期，不少竞争对手都想着在这兴起的电话市场中分得一杯羹。而此时的贝尔为了维护自己的地位也是机关算尽，不与其他运营商网络互通、喜好四处诉讼已经算是基本操作了，暗地里更是使出指示别人破坏竞争对手的线路，私下收买对手的设备供应商等手段。但是与其在商业手段上奇招继出相比的是，贝尔公司的技术能力却完全支撑不住其地位，断线、音质糟糕甚至“串线”都是贝尔用户的家常便饭。于是当1907年西奥多威尔(Theodore Newton Vail)出任贝尔公司总裁的时候，他开始转变策略，打算用收购小公司以及大力发展技术的手段来占据市场的主导地位。因为他相信，对于电话服务这一行业来说，由一个占据主导地位的公司来统一市场进而统一技术和统一系统是必要的。但是如果想要达到垄断或者是接近垄断的地位，就必须通过政府这一关，而为此就必须展现出贝尔公司的技术实力和社会担当。“一个政策，一套系统，全球服务”，这就是威尔当初提出的口号。
但是想要统一市场，在过政府这一关前，还要过的是技术这一关。当时最让贝尔公司的工程师头疼的问题就是远距离通话问题。尽管他们已经先后采用了换用铜导线，加入“加感线圈”，在线路上设置机械中继器等措施，但是有效的传输距离也就勉强能到2700公里，也就是从纽约到丹佛。这样一来，贝尔公司连全美通话都遥遥无望，更别说“全球服务”了。威尔懂得如何管理公司，但是却不能解决技术问题。因此解决通话的这个问题，就落到朱厄特头上了，朱厄特自己也不能解决这个问题，但他知道，在哪里能够找到可以解决这个问题的人。
1910年，朱厄特回到了芝加哥拜访昔日好友密里根，向他请求推荐几个熟悉这一领域的年轻人加入贝尔公司。第一位被推荐的是与他一起进行“油滴实验”的实验室助理哈维弗莱彻(Harvey Fletcher)，但他希望留在学术界因而拒绝了这一邀请。第二位是哈罗德阿诺德（Harold D. Arnold），他接受了这一邀请，加入了贝尔公司。两年时间内，他就确定了一种很有前景的发展方向，就是一种被叫做三极管的放大器。贝尔公司赶在1915年世博会前在美洲大陆上布置了横跨东西海岸的通话线路，这一成就为贝尔公司赢得了不少的赞誉当然还有实实在在的利益。尝到甜头的朱厄特相信，这群年轻的科学家的确值得信任，而在这五年时间里，他也不停地给哈维弗莱彻写信邀请他加入贝尔公司。终于在1916年，哈维弗莱彻离开了杨伯翰大学加入贝尔公司。同时，密里根依旧在为他的学生和贝尔公司间牵线搭桥，1917年，在他手下参与过“油滴实验”等工作的助手默文凯利（Mervin J. Kelly）也加入了贝尔公司。
当时，贝尔公司的设备都是由自己控制的另一家子公司西电公司生产的，而西电公司也有自己的研发部门。为了减少重复的研发投入，在1925年，贝尔实验室成立了，它将为整个贝尔公司系统的所有部门和子公司提供研发服务。与其他公司研发部门不同的是，贝尔实验室不仅聘用工程师解决有明确需求的设计问题，也招揽科学家研究与公司当前发展没有明显关系的问题。当然，这一方面是相当于对未来发展的长远投资，另一方面贝尔公司也有意把贝尔实验室打造成自己的名片，向社会展现自己的创新能力，以此在和政府的反垄断谈判中增加筹码。1937年，贝尔实验室的戴维森(Clinton Joseph Davisson)的电子衍射实验获得了诺贝尔奖。这当然说明了贝尔实验室给予基础科学研究的支持。不过当时吸引学界的研究人员加入贝尔实验室更直接的原因恐怕是丰厚的薪酬待遇，虽然当时贝尔公司靠着出色的商业运营已经从大萧条的阴影中走了出来，但是美国社会依旧没有完全恢复，因此贝尔公司光是起薪就可以比大学和其他研究机构开出的工资多出一半。一时间，贝尔实验室招徕了不少从事基础科学研究的研究员。贝尔实验室基础科学研究的氛围和底子也就此打下。
与此同时，贝尔公司也越来越接近其垄断美国电话市场的目标，在经过1913年的金斯伯里承诺以及1921年威利斯·格雷厄姆法案以后，贝尔公司收购了当时美国234家独立电话公司中的223家。一方面贝尔实验不断涌现的发明和发现给贝尔公司带来更大的技术优势和社会荣誉，另一方面贝尔公司完全无需担心亏损的垄断地位也让它给予贝尔实验室更多的资金支持和进行基础研究的自由。在二战期间，贝尔实验室还负责为美国军方研究雷达等设备，并在二战后贝尔公司依然积极推动贝尔实验室参与美国军方的研究项目，这并不是因为从中可以直接得到什么利益，而是为了让美国政府看到贝尔实验室进而是整个贝尔公司的存在对于美国的重要性。贝尔实验室的存在，为贝尔公司在美国政府的眼皮子底下得以保持的长达半个多世纪的垄断地位可以说是作出了相当大的贡献。也是在此期间，贝尔实验创造出了晶体管、香农的信息论、光伏电池、场效应管、菲利普安德森关于凝聚态理论的研究、宇宙背景辐射的探测、多种类的激光器、UNIX操作系统和C语言、CCD、分数霍尔效应等等一系列深刻地改变了当代生活的一系列发明和发现。但应该强调的是，在贝尔实验室成果涌现的背后，是贝尔公司利用垄断地位不断地在消费者身上压榨得来的巨额盈利。
与此同时，在70年代，贝尔公司还发生了一系列服务问题，这终于让一直将贝尔公司视为眼中钉的美国政府反垄断部门坐不住了。60年代，政府先是允许独立设备制造商在无须贝尔公司同意的情况下将他们自己的设备接入贝尔网络，接着，他们要求贝尔网络接入其他通讯公司的网络。这使得贝尔公司的高层颇为烦恼，因为这意味着不少小公司在既不用自建网络又无需为由贝尔公司建立的整个美国通讯系统负责的同时得以参与到电信行业利润最高的生意中。正当贝尔公司的高层在思考这对于他们来说是否是致命的一击的时候，1974年，紧接着的反垄断的司法诉讼就如风暴一般袭来了。最终在1982年，经历了漫长的法律程序以后，贝尔公司与司法部达成了协议——贝尔公司将拆分地方性的业务，但得以保留长途通话以及设备制造的业务——当然，贝尔公司高层心里也有自己的小算盘，在之前1956年与政府达成的监督协议中，为了保持在通讯行业的垄断状态，贝尔公司同意只从事通讯业务而不涉足其他领域，但现在拆分完成过后，贝尔公司就可以带着自己雄厚的资金和技术实力进军当时蒸蒸日上的计算机业务了。贝尔公司认为这一新的领域不仅能够补回因为拆分而失去的盈利，甚至还能赚得更多。
这场拆分对于贝尔实验室来说也是至关重要，使得当时一向对贝尔公司得商业运营毫无兴趣的贝尔实验室的管理层与员工们都不得不参与到其中去。当年担任晶体管研究项目负责人的约翰皮尔斯(John Robinson Pierce)曾经在他的办公桌上放了一个讽刺意味十足的大标语——“在百老汇的贝尔公司总部里面有聪明人吗？”，但如今他也不得不为了贝尔实验室的未来站出来为贝尔公司辩护。但是贝尔实验室的这些努力在其他人看来“就像是一个拼命想要挽回感情破裂父母的婚姻的天才儿童”。贝尔实验室的员工们或许精通于研究自然科学的深奥问题，但在这场反垄断官司中他们无能为力。其中不乏悲观的人觉得拆分结束后，贝尔实验室将不复存在。
当然，情况并没有这么糟糕。拆分完成后，贝尔实验室以及它的大部分员工还是保留了下来。贝尔公司将其地区业务拆分为多个公司，而其长途业务拆分成为独立的AT&T公司，贝尔实验室也从独立的子公司变成了AT&T的一个部门。但拆分出去的地区公司也需要技术研发部门，为了节约研发成本，这22家地区公司决定成立一个联合实验室，称作贝尔贝尔通讯研究室，又被称为“贝尔核心”。贝尔核心初创的人员有不少来自贝尔实验室，但是尽管被拆分的业务占到了贝尔公司原来的三分之二，贝尔实验室的人员规模只减少了十分之一。
尽管AT&T承诺他们将会一如既往地支持贝尔实验室进行基础研究，贝尔实验室的一些管理人员也仍然对贝尔实验室的前景感到乐观，但依然有人不这么认为。“仅仅因为新的贝尔实验室继承了原来的名字、大楼和人员，就把老贝尔实验室和新贝尔实验室等同起来，是十分愚蠢的。”约翰皮尔斯感叹道，“老贝尔实验室的使命感已经荡然无存了，而新贝尔实验室找不到属于它的使命。”显然，AT&T取消了贝尔实验室的独立公司地位而将其变成一个由AT&T直接管理的部门，是为了增加其对贝尔实验室的控制。以往在垄断时代不计成本和回报的投入已经过去，现在AT&T开始希望能将贝尔实验室的发明创造变成实实在在的产品和竞争优势。但尽管如此，这一时期的贝尔实验室还是走出了提出了激光制冷技术的朱棣文这样的诺奖得主。
拆分后的AT&T的经营并不如高层一开始想象的那么顺利，从垄断时代走过来的AT&T管理层面对激烈的市场竞争一时完全应付不过来，他们对于市场营销一无所知。在通讯服务以及设备制造行业都受到了前所未有的激烈竞争，而计算机生产业务更是连年亏损，AT&T甚至在1991年通过恶意收购的方式收购了NCR并将其并入其计算机部门，希望可以为其计算机业务带来一些起色。与AT&T每况日下的财务状况相对应的是贝尔实验室的管理越收越紧，并开始解雇一些员工，这一时期也有不少竞争对手或是学术机构用AT&T开不出的条件和待遇争抢贝尔实验室的雇员，也有不少人因为对如今的贝尔实验室的幻想不再而选择离开。
终于，在1996年，AT&T决定把自己分拆为三间公司——AT&T，保留通讯业务；朗讯科技，拆分设备生产业务；NCR，计算机业务。由于计算机业务连年亏损，被拆分是理所当然。而AT&T将设备生产业务拆分则是因为一直以来，其他的通讯公司都不愿意从AT&T这里购买通讯设备，甚至连以前是一家人的地区贝尔公司都选择从其他的设备生产商购买设备。这是因为AT&T的设备生产业务与通讯服务业务同属一家，从AT&T手里买设备的话，多多少少有给自己的竞争对手送钱上门的意味。AT&T高层一直苦恼于通讯设备生产部门未能完全发挥其盈利能力，在纵向垄断时代的横向垄断使得贝尔公司稳坐第一，但如今纵向竞争的年代横向垄断反而各个环节之间互相拖累。因此，AT&T这一拆分也是意料之中。
而这一次拆分，贝尔实验室也躲不过。NCR没有得到任何贝尔实验室的资源，贝尔实验室的名号、建筑以及大部分人员都属于新成立的朗讯科技，而四分之一的研究人员则加入到AT&T新成立的AT&T实验室中。虽然朗讯科技的员工人数只占拆分前的AT&T的四成左右，但这是由于AT&T将主要负责提供通讯服务，相比之下，生产设备的朗讯科技显然更需要贝尔实验室。而朗讯科技更是把贝尔实验室的名头写在了自己的商标上，毕竟贝尔实验室的名头可比朗讯这个名字响亮多了。同时朗讯承诺每年营收的1%将会用于贝尔实验室的研究项目，但显然这一次的拆分过后，贝尔实验室又将发生更大的变化。但对于当时的人来说，这似乎看起来并不会有多糟糕，刚拆分出来的朗讯科技也是顺风顺水，营收不断攀升，与此同时，贝尔实验室的基础科学研究也照旧在进行。但尽管一些看起来照旧，但在实验室里的人都知道此时的贝尔实验室绝不是以往的贝尔实验室了。
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| Gehani N. Bell Labs: Life in the crown jewel[M]. Silicon Press, 2002. 上同 |
在贝尔实验室工作期间发现了分数霍尔效应的霍斯特·施特默(Horst L.Störmer)后来在回顾这一段时期的贝尔实验室的时候说道：“贝尔实验室是一个所有人都想去的做研究的好地方。在很长的一段时间里它都是世界上最优秀的实验室，它吸引着世界上最优秀的人来工作。但现在情况已经在悄然中改变了……”然而，至少在1996年当时，贝尔实验室依然站在它往日的辉煌之上，在学术界的地位依旧如是，以至于当时贝尔实验室招收雇员的标准比不少有名的大学还要高不少。
贝尔特拉姆·巴特洛格(Bertram J.R. Batlogg)或许也是感觉到贝尔实验室氛围改变了的人之一，如果朗讯想要削减用于基础科学的研究经费，物理研究部门必定首当其冲，但他并不过于担心这一点。巴特洛格是贝尔实验室材料物理部门的主管，而贝尔实验室的传统是对于材料科学的基础研究一向非常宽松。而贝尔实验室理论物理研究部门的主管比特利特尔伍德(Peter Littlewood)也表示：“我们不可能在不了解基础原理的情况下去开发一个技术，这完全是本末倒置。”他们相信能够说服朗讯高层保留现有的基础科学研究规模，对于朗讯而言也是有好处的。
巴特洛格是高温超导领域的大牛，在1997年由美国科学信息研究所 (Institute for Scientific Information)进行的一项统计中，他是全球被引数第四的物理学家。（而在2020年的今天，他的h指数达到了90+）1986年，IBM苏黎世实验室的两位研究人员对外宣布他们发现的一种钡镧铜氧化物在绝对零度以上35度仍具有超导性质，并因此荣获了1987年的诺贝奖，由此拉开了新的一轮超导研究热。巴特洛格带领的小组在跟进这一实验结果时，更是发现了可以在绝对零度以上77度保持超导态的化合物，也正是在这一时期，巴特洛格晋升为贝尔实验室材料物理部门的主管。除了出色的科研能力以外，他在学术会议、新闻发布会上的表现也迎合了贝尔实验室对向外界展示形象的代言人的需求，不仅能获得学术界内其他学者的称赞，也能抓住一般听众的注意力。巴特洛格也因为其严谨的作风得到了贝尔实验室内部的高度评价，一次他手下的一个研究小组撰写了一篇令人兴奋的论文，他们声称发现了一种可以在绝对零度以上240度仍能保持超导态的材料，实验小组整个周末都沉浸在喜悦中不知如何是好。但在周一，巴特洛格以论文不符合贝尔实验室的标准为由将论文打回，这让研究小组感到非常沮丧，担心这一突破性的进展会被其他小组抢去。但事实证明巴特洛格的谨慎是正确的，因为进一步的实验未能重现这一现象。
但到了90年代中期，高温超导体的研究已经风光不再，实验领域越来越技术化，进展不再如同以望一样激动人心，理论领域仍然在黑暗中探索。巴特洛格也开始寻找下一个具有潜力的方向，于是他把目光投向了分子电子学。
分子电子学：令人振奋的愿景与并不明朗的未来
在贝尔实验室发明晶体管之前，电子线路中的电子元件往往都是用真空管制作——它因电极被封装在真空的容器内的结构而得名。但其成本高、不耐用、体积大、能耗高等缺点妨碍了它的大规模使用。但是在二战期间，美国军方以及与其签订合约的其他企业已经在想办法怎么使用由真空管构成的电路来强化其武器装备。而当晶体管问世以后，美国军方很快就意识到其巨大的威力，它体积小、发热少、能耗低，是实现复杂电路的理想元件。
但很快，他们就发现基于晶体管的电路故障率远高于基于真空管的电路，而这往往是由于晶体管之间的连接问题引起的。晶体管数目线性的增长，带来的是晶体管间连接的指数级增长。贝尔实验室时任副总裁杰克莫顿(Jack A.Morton)说这是“数目的蛮横”——“只要我们还依赖于增加独立的原件数目来产生复杂的系统，数目的蛮横就会为我们进一步的发展树立起你不可逾越的屏障”。
当时的美国军方为了克服这一困难，开始研究印刷电路以及自组装等技术。1958年，美国军方与RCA公司达成了合约，投资五百万美元供RCA研究其“微模块”技术，这项技术旨在研究在陶瓷基板上制作电阻电容晶体管等标准元件并将其整合成模块的方法。当时RCA向美国军方宣传的卖点是他们可以让不同的模块实现各自的功能，然后就像乐高一样将电路拼起来，这样一来，在战场上如果电路出现问题也可以快速替换。而在1960年，RCA的这项技术就实现了规模化生产。可以说这是一项非常成功的成功。但当时，美国军方并没有把鸡蛋都放在一个篮子里，他们同时推进着好几条技术路线，其中就包括与西屋电气达成的合约。而西屋电气给出的方案是——分子电子学。
分子电子学的概念可以回溯到1936年应时任麻省理工校长卡尔·泰勒·康普顿 (Karl Taylor Compton)邀请到麻省理工任教的从德国流亡至美国的物理学家亚瑟·冯·希佩尔 (Arthur R. von Hippel)。在二战期间，他积极参与到军方相关的研究项目中，而在战后，他设想了一条完全不同于现有材料研究方法的道路。他认为尽管现在材料科学已经取得了不小的进步，但大多都是基于经验得到的成果，他认为应该转变思路，自底向上，基于对具体物理过程的理解来制作材料。与其想办法寻找具有合适的宏观性质的材料或者面对具有特定宏观性质的材料思考其可能的用途，不如利用我们已知的关于原子和分子的知识，从一个个分子开始构建我们所需要的材料。而且他不仅仅是提出这一设想，更是想尽办法推进这一领域的发展。在1956年，他在麻省理工主持了一次分子工程的暑期学校；在1959年，出版发行了专著《分子科学与分子工程学》，而这本书的合著者就有不少来自西屋电气。
早在1957年，西屋电气就开展了一个名为“分子系统工程”的项目，目标就是利用冯·希佩尔的这一思路来克服“数目的蛮横”。在1957年八月份，西屋电气向美国空军展示了这一项目，西屋电气认定这一项目将会给这一领域带来革命性的变化，但美国空军却对西屋电气的过分乐观感到担忧。但在1957年十月份苏联成功发射了第一枚人造卫星后，美国朝野特别是美国军方陷入了在与苏联的竞争中处于下风的恐惧中，因此西屋电气这一显得过分激进的方案此时在急于在航天领域赶超苏联的美国空军看来也不失为一个值得尝试的方法。因此在1958年十一月份，美国空军邀请了西屋电气、RCA与通用电气等公司参加了一个以分子电子学为主题的会议，这个会议的目的就是寻求这些公司的合作。随后，西屋电气提交的“分子电子学——树突方法”的提案获得了批准，美国军方随即拨款两百万美金用于这一项目。西屋电气在提案中声称分子电子学将会给微电子学带来革命性的变化，而其副标题“树突方法”则是一种用于替代当时流行（并一直使用到今天）的制备半导体的柴可拉斯基法。他们认为这种方法不仅可以避免柴可拉斯基法耗时长价格贵的缺点，还能够在制备出来的半导体上通过在形成晶体的过程中在某些特定的区域形成pnp或npn结的方式直接形成晶体管甚至其他需要的电子元件。直至1960年项目中期检查的时候，美国军方很满意西屋电气的进展，西屋电气内部也是士气高涨，项目进展也很顺利，当时西屋电气研发部副主管S.W.赫沃尔德(S.W. Herwald)更是抓紧一切机会在各处宣传分子电子学。从1959年到1962年期间，美国军方向这一项目投入了七百万美金。但到了1962年的时候，美国军方越来越不满西屋电气的进展，因为虽然西屋电气成功地在实验室中制作出了样本，但是却迟迟无法推广到量产。随着基于硅的集成电路技术的快速发展，美国空军终于失去了耐心，结束了与西屋电气的合作。而在失去与军方的合约后，在商用市场上的失败使得西屋电气很快也丧失了对于分子电子学的兴趣——事后看来，西屋电气当初提交的提案已经注定了这个项目的失败，西屋电气一边宣称分子电子学是一项划时代的成就，但一边又以比集成电路便宜和质量高这样的现实承诺向美军兜售他们的项目，但这两者在短时间内注定是互相矛盾的。
当然，尽管工业界此时正热火朝天地投入到集成电路中去，也依然有人在尝试各种革命性的平台——DNA计算、超导计算、量子计算等等，其中自然也包括我们的分子电子学。但分子电子学的下一春还要等到1970年代，IBM实验室的布鲁斯斯科特正在构思一种新的光刻胶（当暴露在可见光、X光或电子束下性质会发生变化以便进行下一步光刻处理的一类物质），他把目光投向了60年代后期新发现的一类材料——有机导体。一般来说有机物质是不会导电的，但是像四硫富瓦烯-7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷（TTF-TCNQ）这样的有机物却是良导体。原因在于TTF-TCNQ是由交错的TTF层和TCNQ层组成的，前者可以给予电子，后者又能接受电子，因此电子就在TTF-TCNQ中流动了。斯科特觉得如果有这样的一种物质可以在被光照射后其导电性发生显著变化，那么想必一定很有搞头。因此他让实验室里专司合成的化学家阿里奥维拉姆(Ari Aviram)制备一系列的电荷转移盐供他进行研究。但此时的奥维拉姆心思却并不全放在自己手头的工作上，他已经结婚了，必须要挑起家庭的重担；同时他也感到自己的工作没有盼头，实验室里其他人都是物理博士毕业起步，而他既不做物理也不是博士，自己只是实验室里一打下手的，每天的工作就是根据实验室的需要制备不同的材料，而且他已经看到了目前这个项目的前景——能够被用于新的光刻胶自然是再好不过了，但是他估计最后这东西估计只能用在IBM的复印机上。
1970年，纽约大学理论化学副教授马克拉特纳(Mark Ratner)办公室的门被奥维拉姆敲开了，他同意奥维拉姆在他这里攻读博士。除去读博的费用将由IBM承担以及他将有机会成为IBM有机导体研究的顾问以外，另一个重要的原因是他也对有机导体非常感兴趣。奥维拉姆注意到，TTF是富电子的结构，而TCNQ是缺电子的结构，他因此构思，是否有可能利用这一特点制作出一个类似于二极管的结构呢。一旦能够做出分子二极管，那么制作一个分子晶体管也并非空想了。1974年，奥维拉姆发表了他关于“分子整流器”的毕业论文，他在论文中探讨了经过设计的电荷转移盐如何能够构成电路。尽管论文是纯理论的，在当时并不能用实验验证，而投入工业生产更是遥遥无期，但其还是引起了斯科特以及IBM物理研究部门主管菲利普塞登的注意。这也使得IBM中的一些研究人员开始认真对待分子电子学这一想法，分子电子学这一名词也开始出现在主流媒体的报道之中。
尽管当时IBM内部对于类似的创新还是持有相当的鼓励态度，并投入了以亿计的金钱研究包括超导计算在内的下一代计算体系，但奥维拉姆却完全没有办法在实验方面取得任何进展，他甚至连他在毕业论文中设想的分子整流器都无法完成，更别提制作出一个有实用功能的电路了。在开始的几年里，奥维拉姆依然可以自由地进行他的研究，但随着斯科特被提拔为IBM的高管离开了实验室，斯科特实验室的其他人员也被解散分配到其他实验室，而奥维拉姆则是被“流放”去研究打印机油墨配方，IBM内部也不再有其他人愿意在分子电子学上花时间了。
尽管奥维拉姆和拉特纳从来没有使用过“分子电子学”这个词，但是现在大家都公认他们共同署名的那篇奥维拉姆的毕业论文是现代分子电子学领域的开山之作，因为在这篇论文中他们确立了分子电子学的基本研究领域——用独立或者组合的有机分子（而不是西屋电气之前所提议的无机分子）代替集成电路元件。而将西屋电气失败的项目的名字挪用到这一领域，并为这一概念的推广起到重大作用的人，则是富勒斯特卡特(Forrest L. Carter)，一位美国海军研究实验室的化学家。他是最早一批引用奥维拉姆论文的少数几个人之一。
卡特毕业于加州理工大学，在霍华德卢卡斯(Howard J.Lucas)的指导下主攻金属有机化合物，同时他也受过莱纳斯·鲍林(Linus Pauling)和理查德·费曼(Richard Phillips Feynman)的指导。他还经常去费曼的家里举行的聚会，因此他深受费曼的影响，这体现在他幽默、热情、丰富多彩的兴趣、对举办聚会的喜好以及不拘一格的打扮上。与费曼一样，他也很快在年轻的学生群体中有了自己的拥趸。他的这一特点为分子电子学带来了奥维拉姆和西屋电气都无法给予的前所未有的热度。在1978年的这段时间，他积极地利用自己在学术圈中的地位推广奥维拉尔的工作，显然这是当初仅仅是一个新晋副教授的拉特纳和供职于IBM的小技术员的奥维拉尔所不能做到的。并且他还在奥维拉尔的基础上进一步地构思分子电子学能做到的事情——例如用分子计算实现元胞自动机，用分子计算更“自然”地实现神经网络以至于强人工智能等等。
卡特的下一步是举办属于分子电子学的学术会议，不过为了从海军实验室申请到经费，他将活动包装成关于电活性聚合物的会议，因此虽然会议的名字叫做“分子电子设备”，但邀请的人员和会议的活动安排和电活性聚合物的会议相差无几。为了举办一次真正专属于分子电子学的会议，卡特决定与海军实验室的高层开门见山地谈一谈。显然，海军实验室对于分子电子学这样的项目自然是没什么兴趣，更别提投入大量经费研究了。但是与西屋电气当年一样，卡特也遇到了特殊的时代背景——1970年代日本的电子技术产业蒸蒸日上，大量日本生产的电子产品输入到美国，令美国工业界甚至政府开始担心美国工业在世界市场上的竞争力甚至国防安全。他们急切地希望微电子领域的下一场革命发生在美国，以继续保持美国绝对的领先地位。因此海军实验室在考量过后还是给了卡特足够的经费。在1983年，卡特举办了第二场分子电子学的会议，这一次会议邀请的人员来自各个领域，有合成化学家，有生物化学家，光刻技术人员等等。这一次会议过后，有些人对分子电子学产生了极大的兴趣。但也有不少人对这一领域充满了怀疑，因为在会议上到处都是宏大的设想，却没有多少实实在在的实验结果。紧接而来的就是在多个学术期刊上有卡特本人参与的持续日久的关于分子电子学是否值得研究的论战。遗憾的是，在1986年，在失去赞助，由卡特以及他的两名同事自费组织的第三次分子电子学会议结束的几个月后，卡特就在无尽的争议中因病去世了。
而在卡特去世以后，奥维拉姆就接过了卡特的接力棒，除了继续发表研究的成果以外，他还在1989年拉到了赞助举行了一系列关于“分子尺度的电子学”的会议。奥维拉姆显然比卡特吸引到了来自学界更广泛的关注，但这并非是奥维拉姆的功劳，而是因为此时实验终于跟上理论的脚步，STM等当年尚未成熟的技术已经被广泛推广，使得分子电子学领域终于出现了越来越多具有说服力的实验成果。当年参加过卡特举办的会议的马克里德(Mark Arthur Reed)一直觉得分子电子学是个没有任何实验基础完全是凭空设想画大饼的领域，因此在收到奥维拉姆在1991年举办的第二次会议的邀请后他完全不感兴趣，但最后因为会议举办地是在美属维尔京群岛，他才决定去待几天——里德是个潜水爱好者。但在会议上，他遇到了合成化学家吉姆托尔(James Mitchell Tour)，他从托尔那里了解到了分子电子学近年来一系列的实验成果后，当即提出要和托尔合作。
很快，两人就合著了一本关于分子电子学的白皮书，并在美国国防部高级计划研究处的支持下组建了他们自己的实验室，并开始得以实现缓慢但是稳定的科研产出，从而开始了分子电子学的第三轮热潮。在此促进下，IBM与惠普等公司也开展了分子电子学的研究。贝尔实验室自然也不能落后，而且对巴特洛格来说，这是一个在具有巨大科研潜力的领域的同时也有不可计量的商业价值的研究方向。就像当年研究铜氧化物而掀起超导研究的热潮的瑞士小组一样，他相信导电有机晶体这种不同寻常的物质可以为他们带来意想不到的发现。同时，目前芯片行业选择的道路虽然依然能够勉强保持着摩尔定律预言的发展态势，但是随着工艺越来越精细，最终始终会到达一个不能继续缩小的尺度，因此工业界其实也一直在寻找着下一个可能的突破点在哪里。而到了临界点到来的那个时候，分子计算自然就是下一个非常具有潜力的候选方案。因此虽然巴特洛格更关心的自然是学术方面的前景，但其附带的商业前景自然是一个向目前的贝尔实验室兜售研究计划的好卖点。
1995年，贝尔实验室开始研究一种叫做α-六噻吩的芳香族化合物，其因在有机物中优良的导电性能而引起贝尔实验室的关注。但当时很少有工业生产或者实验室用到它，一般的化学品供应商都不提供α-六噻吩的供应，以至于他们不得不从专门的供应商那里寻求帮助。但他们没法让α-六噻吩结成晶体，难以控制。正当他们无从下手的时候，巴特洛格决定寻求外部帮助。巴特洛格的博士学位是在苏黎世联邦理工学院取得的，因此对欧洲的学术界非常了解，很快他就打听到德国的克洛克(Christian Kloc)精于各种物质的结晶化处理。克洛克是个波兰人，从小在波兰接受了成为化学家所需的教育。但在1985年，他叛变并抛弃了所有的财产和房子，带着全家老小潜逃到了西德，得到了德国康斯坦茨大学(University of Konstanz)物理教授布赫(E.Bucher)的容留。克洛克并不是一个胸有大志野心勃勃的人，至此他便兢兢业业地为布赫工作，一干就是十多年，但同时也为自己在学术界建立起了结晶方法设计的声望。不过，到了1996年贝尔实验室来与克拉克商量合作的时候，克拉克觉得值得尝试一下，这主要是因为布赫一直以来都没能说服物理系为克洛克授予终身职位，布赫认为这是大学里的官僚主义在干涉他的学术发展，但显然布赫和克洛克都已经厌倦了这无休止的等待了。因此，贝尔实验室先将他送到了法国国家科学中心进行一段时间的访问，因为当时的法国国家科学中心声称在α-六噻吩的结晶上取得了一些进展。访问结束后，克洛克回到布赫的实验室，在贝尔实验室专家的指导下，以及结合自己多年的经验以及在访问中学到的技术，他成功地合成了毫米量级的晶体。收到这一消息后，贝尔实验室化学物理研究部的主管鲍勃劳戴斯马上回传真说：“太好了！”
就这样，克洛克被聘为了贝尔实验室的研究员，请到了美国的贝尔实验室，实验室的位置就在巴特洛格的实验室楼下。克洛克的工作就是合成不同的晶体，供贝尔实验室的研究使用。当时贝尔实验室觉得克洛克培养的晶体看起来像是场效应晶体管不错的候选材料，但是克洛克和巴特洛格都不知道应该怎么在这种有机晶体上进行测量，而他们又不能调动其他组的研究员来为他们工作，因此他们急需引进一位半导体物理领域的研究员，并不需要非常有经验，因此找一位年轻的学者来担任这一初级研究员是个好主意。因此，克洛克向自己往日的老板布赫求助，希望布赫能推荐他手下的一些得意门生。布赫实验室恰好有两位学生有在晶体上进行电气测量的经验，但因为这个时间节点已经错过了通常的招聘时间，这两位学生早已另有安排。再三筛选以后，一位名叫舍恩(Jan Hendrik Schön)的学生进入了布赫和克洛克的视野。
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| via Nature |
亨德里克舍恩：好运气的候选人
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| Schön, J. H., Baumgartner, F. P., Arushanov, E., Riazi‐Nejad, H., Kloc, C., & Bucher, E. (1996). Photoluminescence and electrical properties of Sn‐doped CuGaSe2 single crystals. Journal of Applied Physics, 79(9), 6961–6965. doi:10.1063/1.361460 |
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| Reich E S. The rise and fall of a physics fraudster[J]. Physics World, 2009, 22(05): 24. |
参考资料：
Gehani N. Bell Labs: Life in the crown jewel[M]. Silicon Press, 2002.
Gertner J. The idea factory: Bell Labs and the great age of American innovation[M]. Penguin, 2012.
Choi H, Mody C C M. The long history of molecular electronics: Microelectronics origins of nanotechnology[J]. Social Studies of Science, 2009, 39(1): 11-50.
Kelly K F, Mody C C M. Whatever happened to the molecular computer[J]. IEEE Spectrum, 2015, 25.
Reich E S. The rise and fall of a physics fraudster[J]. Physics World, 2009, 22(05): 24.
Reich E S. Plastic fantastic: How the biggest fraud in physics shook the scientific world[M]. Macmillan, 2009.
YouTube Video. https://youtu.be/nfDoml-Db64 The man who almost faked his way to a Nobel Prize by BobbyBroccoli
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