§§§第一节构筑信息高速公路的材料
有人把工业化以后的社会叫做信息社会。在信息社会里，获取和拥有信息就和拥有科学技术和资本一样重要，或者说，信息就是资产。因而，信息的迅速传播就成为十分重要的事情，因为信息如同新闻，过时了就失去价值；信息也包含商业情报、科技资料，迟到了就会造成重大的经济损失。
各国政府都十分重视信息现代化。美国最先提出了“信息高速公路”的构想，日本、欧洲也都作了规划和对策。所谓信息高速公路就是光通讯网络，它以激光作为信息载体，光导纤维作光的传输通道；计算机作为信息处理和显示的工具。网络以巨型电子计算机为中心，用光纤把众多的办公室和千家万户联系在一起，每个用户都有一台电脑，称为终端，用户可以从终端输入和得到各种信息。现在需要花许多时间奔走的事情，在电子计算机前很快就可以解决。信息在光导纤维里以光速奔驰，这种信息高速公路，实际上就是光导纤维。
光导纤维也称光纤，纤芯是石英玻璃细丝，纤芯外面是玻璃包层，外面再包以聚合物包皮，形成单根光纤。也有由多根光纤胶合在一起，再套上塑料套管制成的光缆。使用时可以像电缆一样埋在地下或架设在电杆上。激光在光纤芯中传导，碰到包层时会折射回到纤芯里去，曲折前进。评价光纤性能的最重要指标是传输损耗。顾名思义，传输损耗是激光在光纤里传输的过程中由于透射、散射，被吸收而造成的光损失。传输损耗越小，光纤中的光就传播得越远。传输损耗的大小主要取决于纤芯的特性，也跟包层性质，纤芯与包层间的结合方式有关。
最先提出将光纤作为光通讯传输介质的是美籍华裔科学家高焜，他在1966 年从理论上证明，如果排除光导纤维中的有害杂质、光的传输能力就会大大提高，可能用于激光通讯。此后，各国研究者都力求提高纤芯纯度，降低传输损耗。到1970年，美国康宁公司用高纯度石英制取光纤取得突破，首次制得传输损耗20分贝/千米的套层光纤。这意味着信号在光纤中传输时的损失与电信号在同轴电缆中传输时损失相当，可以进入实用阶段。一根光纤可以同时传输150万路电话和2 万套电视节目，远远超过同轴电缆，光纤的实用化意味着通讯技术的革命。因此这项突破引起世界的极大重视和关注，鼓舞人们进一步努力降低光纤的传输损耗，结果每过二三年，光纤的传输损耗就下降一个数量级，到20世纪70年代末，石英光纤最低传输损耗记录达到0.047分贝/千米。激光通讯技术也随之迅速推广应用，光纤取代电缆，石英玻璃丝代替了铜线，光纤成为高技术产业而迅速发展起来。
由于光信号在传输过程中因损耗而减弱，在光纤通讯线路中每隔一定距离，就必须建立中继站把光纤中的信号放大，使激光有能力继续前进。设立中继站又增加了设备和费用，使通讯成本增加，因此，最好的办法还是降低光纤的传输损耗，可以增加中继站间的距离，减少中继站的个数，降低传输费用。对于跨越大洋的光纤通讯来说，最理想的是用无损耗光纤，不设中继站，一步跨过大洋，无论如何，在大洋中设立中继站，建设和管理都是很麻烦的事。
目前中继站间的距离（称无中继距离）为数十公里，日本曾经宣布他们的无中继传输距离达到300公里。
光纤的特性与光纤的化学成份、纯度、结构有关。光纤的原料是无水石英玻璃，它是从石英（砂子）制得的，光纤的化学成份是二氧化硅，铁、钴、铬、镍等金属杂质的含量小于十亿分之一。在拉制纤维的过程中，要尽量减少纤维表面的氢、氧离子残留。
化学成份对光纤性能影响很大，微量过渡金属离子就会改变光纤传输性能。如稀土金属镧添加氟化镧能把光纤的传输损耗降到0.001 分贝/千米。因此，控制原料的化学成份，在光导材料的制备中非常重要。
造成光纤传输损耗的原因有光吸收和光散射等。因为光吸收造成的损失，目前这方面的工作已经接近极限。要进一步降低损耗，例如铺设跨洋光缆要用超低损耗光纤，就必需增加激光的工作波长。因为瑞利散射的强度和光波长的四次方成反比，增加激光波长可以大幅度降低瑞利散射。现在正在开发红外光纤，用红外激光做传输介质，红外光纤的原料主要是重金属氟化物玻璃。
塑料光纤有质轻、柔韧耐折、容易连接、价格便宜等优点，缺点是传输损耗大。用重氢化的有机玻璃可以把损耗降低到20分贝/千米。重氢化就是用氢的同位素重氢（氘）来取代氢，这样一来价格就上去了。另外有报导说，日本已有技术生产出传输损耗接近石英光纤的塑料光纤。由于塑料光纤有价格低廉的优势，在短距离传输、广告、装饰和仪器等场合还可以派上用场。
§§§第二节计算机的核心材料
在电脑中，关键的部件是中央处理器、控制器、存贮器，这些元件都是由集成电路组成的。在现代社会的各种技术进步中，计算机制造技术的进步是最令人鼓舞的。每隔几年，计算机的运算速度就加快一倍，而价格同时却要下降一半，几年前买下的电脑，现在就已经显得落后、过时了。这些令人眼花缭乱的进步，归根到底来源于计算机的核心——构成中央处理器的集成电路的生产技术的进步。集成电路到今天已经走过了小规模集成、中规模集成、大规模、超大规模集成的道路，每块硅片上的电路数目从几百发展到几百万之多。组成芯片的材料没有改变，还是一块单晶硅片。
和光导纤维一样，单晶硅也“出身贫寒”，它们来自地球上随地可见，其貌不扬的砂子。硅是地球上最丰富的元素之一，占地壳的四分之一，仅次于氧。硅以硅酸盐和氧化物的形式存在，我们平常见到的砂和砂石都是二氧化硅，只是纯度不同，以石英纯度最高。光纤是超高纯度的二氧化硅。而制造硅片首先要经过还原制成高纯度的单质硅。
作为集成电路材料，除了纯度高以外，还需要长成均匀、完整、无缺陷的晶体。目前普遍采用提拉法。在坩埚中装满硅并加热使坩埚里的温度保持在1685℃，这个温度高出单质硅的熔点100℃左右，所以坩埚里的单质硅是处在熔融状态。在坩埚上部有一个提拉杆，有机械装置使提拉杆自由升降和旋转。把一小颗单晶硅固定在提拉杆顶端浸入坩埚。这一颗硅晶体就像一颗“种子”引得周围的硅原子在它周围按顺序排列，形成晶体。缓缓提拉并旋转，晶体便逐步长大，拔出来的部分都属于同一块单晶。大的单晶直径达200毫米，比胳膊还粗。这样一根晶体内部没有界面、没有缺陷，可以说是人类所能制造最完美的单晶。
晶体生长出来以后，把它切割成片状并抛光，制成晶片。晶片非常均匀、平整、光滑，表面上各处的厚度相差不超过10埃，即1 纳米，等于十亿分之一米。
然后在晶片上加工集成电路，要在绝对无尘的环境中，通过几十道工序，在晶片上做出许许多多的晶体管及其它元件，再将晶片切割成芯片，每个芯片可以多达百万个晶体管，还要把芯片装在陶瓷封装壳中，便做成了集成块。
在今后相当长的时间内，单晶硅还将继续作为半导体材料的主体，但是，科技工作者已经在探索性能更优越的材料，砷化镓就是目前大力研究的半导体电子材料。
理论工作者推测，用砷化镓制造晶体管的开关速度比硅晶体管的开关速度快一到四倍，用砷化镓晶体管可以制造出速度更快的电子计算机。
在元素周期表中和镓同族的元素还有铟和铊；与砷同族还有磷、锑。把这两族元素可以组成不同的化合物，以得到不同的电子和光学性质的材料来适应不同用途的需要。和单质不一样，这类半导体都是由化合物组成的，所以叫化合物半导体。
化合物半导体还有许多问题需要解决，例如砷原子最外层有五个电子、镓原子最外层有三个电子，有着根本不同的化学性质和电气性质，要确定这种化合物半导体的表面特性比较困难，另外，要制造像单晶硅那样没有缺陷的晶格也是困难的。
集成电路芯片的集成度越来越高，线度越来越细。电子束、X 射线束都被用来“雕刻”线路图，X 射线的波长可以短到1 埃，跟晶格上原子间的距离差不多，用这样精细的“刻刀”来雕刻线路，可以刻出几个原子大小的晶体管来。但在实际上，人们估计还没有达到这个尺寸，晶体管就不能以通常的方式工作了。对如此之小的晶体管来说，它的表面太大广。由于表面效应，连量子力学理论中的测不准原理都可能发生。通俗地讲，到那个时候，电子的运动方向和位置都变得不确定了，当然就无法进行运算和信息存贮。
因此，科学家都未雨绸缪，提出种种设想，设计分子尺寸的晶体管。生物学家提出了“生物芯片”，化学家提出了“分子器件”，但都还没有明确的定义，例如，用分子结构的顺式结构和反式结构来表示二进制中的“1”和“0”两种状态，进行记录和运算；或者用其它互变异构来表示；或像脱氧核氧核酸记录遗传密码那样用碱基对记录信息。这些新奇的想法，都还处在构想和实验中。
§§§第三节信息的仓库
当代社会科学技术、经济高速发展，各种知识、信息以几何级数增长，有人比喻为“信息爆炸”。电子计算机发展迅猛，摆在桌面上的微机的运算次数就达到每秒亿次，可以用来进行信息处理；光纤为信息提供了高速公路，使信息能够以光速飞驰；然而，遗憾的是，集成电路记录的信息是用“有电”“无电”表示的，停电以后，记录的信息也消失了，因此，只能用于开机时处理信息，不能用来存贮信息。天文数字的信息，贮存到哪里？因此，现代信息社会需要像《西游记》里能装得下四海之水，又能托在手心的宝瓶，把尽量多的信息，装进尽可能小的体积，实行高密度信息存储。
磁记录材料
磁记录方式是迄今为止最普遍的记录方式，录音带、录像带，都是磁记录的例子，它们的记录方式被称为模拟式记录。计算机的磁盘也是采用磁记录，在进行这种记录时要把信息用二进制的“0”和“1”两种形式表示出来，因此称为数字式记录方式。
磁记录的最主要组成部分是磁头和存贮信息的磁介质，如磁带、磁盘、磁卡等。就说磁盘吧，是表面复盖铁氧体的铝盘，铁氧体有磁化、不磁化两种状态，分别对应二进制的“1”和“0”。磁头的作用是在记录时在磁盘上“写”出“1”和“0”；在读出时认出“1”和“0”。
磁头主要由线圈和磁芯组成。为了叙述方便，我们假定用“磁化”状态表示“1”。因此要在磁盘上写出“1”来，只需向线圈中通入电流，线圈产生的磁场使磁芯磁化，靠近磁芯的铁氧体小区域被磁化，就记下了“1”。读取信息的过程与此相反，此时磁头当传感器使用，当磁头靠近磁化区域时，线圈产生感应电流，电流被传送给电子计算机，计算机从“有电”就读出了“1”。同样地，在磁盘上写“0”时，计算机不给电，磁盘的那一点就不被磁化，读出时，因为未磁化，送给计算机的信息是“无电”，计算机也读出了“0”。
