Walter Houser Brattain ([ˈbræt.n] BRAT-n; 10 de fevereiro de 1902 – 13 de outubro de 1987) foi um físico americano que compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 1956 com John Bardeen e William Shockley pela invenção do transistor de contato pontual. Brattain dedicou grande parte de sua vida à pesquisa sobre estados de superfície.
Walter Houser Brattain nasceu em 10 de fevereiro de 1902, em Amoy (atual Xiamen), Fujian, China, filho de pais americanos, Ottilie (nascida Houser) e Ross R. Brattain. Seu pai era de descendência escocesa, enquanto os pais de sua mãe eram ambos imigrantes de Stuttgart, Alemanha. Ross era professor no Instituto Ting-Wen, uma escola particular para meninos chineses. Ottilie era uma matemática talentosa. Ambos eram formados pelo Whitman College. Ottilie e o bebê Walter retornaram aos Estados Unidos em 1903, e Ross os seguiu logo depois. A família viveu por vários anos em Spokane, Washington, depois se estabeleceu em um rancho de gado perto de Tonasket, Washington, em 1911.
Brattain frequentou o ensino médio em Washington, passando um ano na Queen Anne High School, dois anos na Tonasket High School e um ano na Moran School for Boys. Ele então frequentou o Whitman College, onde estudou com Benjamin H. Brown (física) e Walter A. Bratton (matemática). Ele recebeu um Bacharelado em Ciências em 1924 com dupla especialização em Física e Matemática. Brattain e seus colegas de classe Walker Bleakney, Vladimir Rojansky e E. John Workman todos seguiriam carreiras distintas, mais tarde ficando conhecidos como "os quatro cavaleiros da física". O irmão de Brattain, Robert, que o seguiu no Whitman College, também se tornou físico.
Brattain obteve um Mestrado em Artes pela Universidade do Oregon em 1926 e um Doutorado em Filosofia pela Universidade de Minnesota em 1929. Em Minnesota, ele teve a oportunidade de estudar o novo campo da mecânica quântica sob John Hasbrouck Van Vleck. Sua tese de doutorado, orientada por John Torrence Tate Sr., foi intitulada Efficiency of Excitation by Electron Impact and Anomalous Scattering in Mercury Vapor.
De 1928 a 1929, Brattain trabalhou para o National Bureau of Standards em Washington, D.C., onde ajudou a desenvolver padrões de frequência piezoelétricos. Em agosto de 1929, ele se juntou a Joseph A. Becker na Bell Telephone Laboratories como físico pesquisador. Os dois homens trabalharam no fluxo induzido por calor de portadores de carga em retificadores de óxido de cobre. Brattain conseguiu assistir a uma palestra de Arnold Sommerfeld. Alguns de seus experimentos subsequentes sobre emissão termiônica forneceram validação experimental para a teoria de Sommerfeld. Eles também trabalharam no estado de superfície e função trabalho do tungstênio e na adsorção de átomos de tório. Através de seus estudos de retificação e fotoefeitos nas superfícies semicondutoras de óxido cuproso e silício, Brattain descobriu o fotoefeito na superfície livre de um semicondutor. Este trabalho foi considerado pelo Comitê Nobel como uma de suas principais contribuições para a física do estado sólido.
Na época, a indústria telefônica era fortemente dependente do uso de válvulas eletrônicas para controlar o fluxo de elétrons e amplificar corrente. As válvulas eletrônicas não eram nem confiáveis nem eficientes, e a Bell Labs queria desenvolver uma tecnologia alternativa. Já na década de 1930, Brattain trabalhou com William Shockley na ideia de um amplificador semicondutor que usava óxido de cobre, uma tentativa inicial e malsucedida de criar um transistor de efeito de campo. Outros pesquisadores na Bell e em outros lugares também estavam experimentando semicondutores, usando materiais como germânio e silício, mas o esforço de pesquisa pré-guerra era um tanto aleatório e carecia de uma base teórica sólida.
Durante a Segunda Guerra Mundial, tanto Brattain quanto Shockley estiveram separadamente envolvidos em pesquisas sobre detecção magnética de submarinos com o National Defense Research Committee na Universidade Columbia. O grupo de Brattain desenvolveu magnetômetros sensíveis o suficiente para detectar anomalias no campo magnético terrestre causadas por submarinos. Como resultado deste trabalho, em 1944, Brattain patenteou um projeto para uma cabeça de magnetômetro.
Em 1945, a Bell Labs se reorganizou e criou um grupo especificamente para fazer pesquisa fundamental em física do estado sólido, relacionada a tecnologias de comunicações. A criação do subdepartamento foi autorizada pelo vice-presidente de pesquisa, Mervin Kelly. Um grupo interdisciplinar, foi co-liderado por Shockley e Stanley O. Morgan. O novo grupo logo recebeu John Bardeen. Bardeen era um amigo próximo do irmão de Brattain, Robert, que havia apresentado John e Walter na década de 1930. Eles frequentemente jogavam bridge e golfe juntos. Bardeen era um físico quântico, Brattain um experimentador talentoso em ciência dos materiais, e Shockley, o líder de sua equipe, era um especialista em física do estado sólido.
De acordo com as teorias da época, o transistor de efeito de campo de Shockley, um cilindro finamente revestido com silício e montado próximo a uma placa de metal, deveria ter funcionado. Ele ordenou que Brattain e Bardeen descobrissem por que não funcionava. Durante novembro e dezembro, os dois homens realizaram uma variedade de experimentos, tentando determinar por que o dispositivo de Shockley não amplificava. Bardeen era um teórico brilhante; Brattain, igualmente importante, "tinha um feeling intuitivo para o que se podia fazer em semicondutores". Bardeen teorizou que a falha em conduzir poderia ser o resultado de variações locais no estado de superfície que prendiam os portadores de carga. Brattain e Bardeen eventualmente conseguiram criar um pequeno nível de amplificação empurrando uma ponta de metal de ouro para dentro do silício e cercando-a com água destilada. Substituir o silício por germânio aumentou a amplificação, mas apenas para correntes de baixa frequência.
Em 16 de dezembro, Brattain idealizou um método de colocar dois contatos de folha de ouro próximos um do outro em uma superfície de germânio. Brattain relatou: "Usando este contato de ponto duplo, o contato foi feito em uma superfície de germânio que havia sido anodizada a 90 volts, o eletrólito lavado em H2O e então alguns pontos de ouro evaporados sobre ela. Os contatos de ouro foram pressionados contra a superfície nua. Ambos os contatos de ouro com a superfície retificaram bem... Um ponto foi usado como grade e o outro ponto como placa. A polarização (C.C.) na grade tinha que ser positiva para obter amplificação."
Como descrito por Bardeen, "Os experimentos iniciais com o ponto de ouro sugeriram imediatamente que lacunas estavam sendo introduzidas no bloco de germânio, aumentando a concentração de lacunas perto da superfície. Os nomes emissor e coletor foram escolhidos para descrever este fenômeno. A única questão era como a carga das lacunas adicionadas era compensada. Nosso primeiro pensamento foi que a carga era compensada por estados de superfície. Shockley mais tarde sugeriu que a carga era compensada por elétrons no volume e sugeriu a geometria do transistor de junção... Experimentos posteriores realizados por Brattain e eu mostraram que muito provavelmente ambos ocorrem no transistor de contato por ponto."
Em 23 de dezembro de 1947, Brattain, Bardeen e Shockley demonstraram o primeiro transistor funcional a seus colegas na Bell Labs. Amplificando pequenos sinais elétricos e suportando o processamento de informações digitais, o transistor é "o principal facilitador da eletrônica moderna".
Convencida pela demonstração de 1947 de que um grande avanço estava sendo feito, a Bell Labs concentrou-se intensamente no que agora chamava de Surface States Project. Inicialmente, foi observado sigilo estrito. Conferências internas cuidadosamente restritas dentro da Bell Labs compartilhavam informações sobre o trabalho de Brattain, Bardeen, Shockley e outros que estavam engajados em pesquisas relacionadas. Patentes foram registradas, registrando a invenção do transistor de contato pontual por Bardeen e Brattain. Havia considerável ansiedade sobre se Ralph Bray e Seymour Benzer, estudando resistência em germânio na Universidade Purdue, poderiam fazer uma descoberta semelhante e publicar antes da Bell Labs.