Джон Бардин - John Bardeen

Джон Бардин
Bardeen.jpg
Родился ( 1908-05-23 )23 мая 1908 г.
Мэдисон, Висконсин , США
Умер 30 января 1991 г. (1991-01-30)(82 года)
Бостон, Массачусетс , США
Образование Университет Висконсина ( бакалавр , магистр ),
Принстонский университет ( доктор философии )
Известен
Супруг (а)
Джейн Максвелл
​
( М.  1938 )
Дети
Награды
Научная карьера
Поля Физика
Учреждения Bell Telephone Laboratories
Иллинойсского университета в Урбане-Шампейн
Тезис Квантовая теория работы выхода  (1936)
Докторант Юджин Вигнер
Докторанты

Джон Бардин ( / б ɑːr д я н / ; 23 мая 1908 - 30 января 1991) был американский инженер и физик . Он единственный, кто дважды был удостоен Нобелевской премии по физике : сначала в 1956 году вместе с Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном за изобретение транзистора ; и снова в 1972 году с Леоном Н. Купером и Джоном Робертом Шриффером для фундаментальной теории обычной сверхпроводимости, известной как теория БКШ .

Транзистор произвел революцию в электронной промышленности, сделав возможным разработку почти всех современных электронных устройств, от телефонов до компьютеров , и положил начало информационной эре . Разработки Бардина в области сверхпроводимости, за которые он получил свою вторую Нобелевскую премию, используются в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и медицинской магнитно-резонансной томографии (МРТ).

Бардин родился и вырос в Висконсине и получил докторскую степень по физике в Принстонском университете . После службы во Второй мировой войне он был исследователем в Bell Labs и профессором Иллинойского университета . В 1990 году Бардин появился в списке журнала Life «100 самых влиятельных американцев века».

Образование и ранняя жизнь

Бардин родился в Мэдисоне, штат Висконсин , 23 мая 1908 года. Он был сыном Чарльза Бардина , первого декана Медицинской школы Университета Висконсина.

Бардин учился в средней школе университета в Мэдисоне. Он окончил школу в 1923 году в возрасте 15 лет. Он мог закончить ее на несколько лет раньше, но это было отложено из-за того, что он пошел на курсы в другой средней школе и из-за смерти матери. Он поступил в Висконсинский университет в 1923 году. Во время учебы в колледже он присоединился к братству Зетов Пси . Он поднял необходимые членские взносы отчасти за счет игры в бильярд. Он был инициирован как член инженерного общества Тау Бета Пи . Он выбрал инженерное дело, потому что не хотел быть академиком, как его отец. Он также считал, что у инженеров есть хорошие перспективы трудоустройства.

Бардин получил степень бакалавра наук в области электротехники в 1928 году в Университете Висконсин-Мэдисон . Он закончил учебу в 1928 году, несмотря на годичный отпуск в Чикаго. Он прошел все аспирантуры по физике и математике, которые его интересовали, и закончил их за пять лет вместо обычных четырех. Это дало ему время завершить магистерскую диссертацию, которую руководил Лео Дж. Петерс. Он получил степень магистра электротехники в 1929 году в Висконсине.

Бардин продолжал учебу, оставаясь в Висконсине, но в конце концов перешел на работу в Gulf Research Laboratories , исследовательское подразделение корпорации Gulf Oil Corporation, базирующейся в Питтсбурге . С 1930 по 1933 год Бардин работал там над разработкой методов интерпретации магнитных и гравитационных съемок. Работал геофизиком. После того, как работа не удержала его интереса, он подал заявление и был принят в аспирантуру по математике в Принстонском университете .

Будучи аспирантом, Бардин изучал математику и физику. Под руководством физика Юджина Вигнера он закончил работу над диссертацией по проблеме физики твердого тела . Прежде чем завершить диссертацию, ему предложили должность младшего научного сотрудника Общества стипендиатов Гарвардского университета в 1935 году. Следующие три года он провел там, с 1935 по 1938 год, работая с будущими лауреатами Нобелевской премии по физике Джоном Хасбруком ван Флеком. и Перси Уильямс Бриджмен по проблемам когезии и электропроводности в металлах, а также выполнил некоторые работы по плотности уровней ядер. Он получил докторскую степень. по математической физике из Принстона в 1936 году.

Карьера и исследования

Служба Второй мировой войны

С 1941 по 1944 год Бардин возглавлял группу, работавшую над магнитными минами и торпедами, а также против мин и торпед в Лаборатории военно-морской артиллерии . За это время его жена Джейн родила сына (Билл, 1941 г.р.) и дочь (Бетси, 1944 г.р.).

Bell Labs

Джон Бардин, Уильям Шокли и Уолтер Браттейн в Bell Labs, 1948 год.

В октябре 1945 года Бардин начал работать в Bell Labs . Он был членом группы физиков твердого тела , возглавляемой Уильямом Шокли и химиком Стэнли Морганом. В группе также работали Уолтер Браттейн , физик Джеральд Пирсон , химик Роберт Гибни, эксперт по электронике Гилберт Мур и несколько технических специалистов. Он перевез свою семью в Саммит, штат Нью-Джерси .

Задача группы заключалась в поиске твердотельной альтернативы хрупким стеклянным ламповым усилителям. Их первые попытки были основаны на идеях Шокли об использовании внешнего электрического поля на полупроводнике, чтобы повлиять на его проводимость. Эти эксперименты каждый раз загадочным образом терпели неудачу во всевозможных конфигурациях и материалах. Группа стояла на месте, пока Бардин не предложил теорию, основанную на поверхностных состояниях, которые не позволяли полю проникать в полупроводник. Группа сменила фокус на изучение этих поверхностных состояний, и они собирались почти ежедневно, чтобы обсудить работу. В группе было отличное взаимопонимание, и происходил свободный обмен идеями. К зиме 1946 года они получили достаточно результатов, и Бардин представил в Physical Review статью о поверхностных состояниях . Браттейн начал эксперименты по изучению поверхностных состояний посредством наблюдений, сделанных при освещении поверхности полупроводника ярким светом. Это привело к появлению еще нескольких статей (одна из них написана в соавторстве с Шокли), в которых плотность поверхностных состояний оценивалась как более чем достаточная для объяснения неудачных экспериментов. Темп работ значительно ускорился, когда точечные контакты между полупроводником и проводящими проводами начали окружать электролитами . Мур построил схему, которая позволяла им легко изменять частоту входного сигнала, и предложил использовать борат гликоля (гу), вязкое химическое вещество, которое не испаряется. Наконец, они начали получать некоторые доказательства усиления мощности, когда Пирсон, действуя по предложению Шокли, подал напряжение на каплю гу, помещенную на p – n-переход .

Изобретение транзистора

Основные статьи: Транзистор и история транзистора
Стилизованная копия первого транзистора, изобретенного в Bell Labs 23 декабря 1947 года.

23 декабря 1947 года Бардин и Браттейн работали без Шокли, когда им удалось создать точечный транзистор с усилением. К следующему месяцу патентные поверенные Bell Labs начали работу над патентными заявками.

Адвокаты Bell Labs вскоре обнаружили, что принцип полевого эффекта Шокли был предвиден и запатентован в 1930 году Джулиусом Лилиенфельдом , который 22 октября 1925 года подал в Канаде свой патент, похожий на MESFET .

Шокли публично взял на себя львиную долю кредита на изобретение транзистора; это привело к ухудшению отношений Бардина с Шокли. Однако руководство Bell Labs последовательно представляло всех трех изобретателей как команду. Шокли в конечном итоге взбесил и оттолкнул Бардина и Браттейна, и он, по сути, заблокировал им обоим работу над переходным транзистором. Бардин начал заниматься теорией сверхпроводимости и покинул Bell Labs в 1951 году. Браттейн отказался от дальнейшей работы с Шокли и был переведен в другую группу. Ни Бардин, ни Браттейн не имели особого отношения к разработке транзистора по прошествии первого года после его изобретения.

«Транзистор» ( портмоне «крутизны» и «резистора») был 1/50 размера электронных ламп, которые он заменял в телевизорах и радиоприемниках, потреблял гораздо меньше энергии, был гораздо более надежным и позволял электрическим устройствам стать более компактный.

Университет Иллинойса в Урбане-Шампейн

Мемориальная доска, посвященная памяти Джона Бардина и теории сверхпроводимости, в Университете Иллинойса в Урбане-Шампейне.

К 1951 году Бардин искал новую работу. Фред Зейтц, друг Бардина, убедил Иллинойсский университет в Урбане-Шампейне сделать Бардину предложение в размере 10 000 долларов в год. Бардин принял предложение и покинул Bell Labs. Он поступил на инженерный и физический факультеты Иллинойского университета в Урбана-Шампейн в 1951 году. Он был профессором электротехники и физики в Иллинойсе. Его докторская степень. Студент Ник Холоняк (1954) изобрел светодиод в 1962 году.

В Иллинойсе он основал две крупные исследовательские программы: одну в отделе электротехники и одну в отделении физики. Программа исследований на кафедре электротехники касалась как экспериментальных, так и теоретических аспектов полупроводников, а программа исследований на физическом факультете касалась теоретических аспектов макроскопических квантовых систем, особенно сверхпроводимости и квантовых жидкостей.

Он был активным профессором в Иллинойсе с 1951 по 1975 год, а затем стал почетным профессором. В более позднюю жизнь Бардин оставался активным в академических исследованиях, в течение которых он сосредоточился на понимании потока электронов в волнах зарядовой плотности (ВЗП) через соединения металлических линейных цепей. Его предложения о том, что перенос электронов ВЗП является коллективным квантовым явлением (см. Макроскопические квантовые явления ), первоначально были встречены скептицизмом. Однако эксперименты, опубликованные в 2012 году, показывают колебания тока ВЗП в зависимости от магнитного потока через трисульфидные кольца тантала, аналогичные поведению сверхпроводящих устройств квантовой интерференции (см. СКВИД и эффект Ааронова-Бома ), подтверждая идею о том, что коллективный перенос электронов ВЗП является фундаментальным квантовая природа. (См. Квантовую механику .) Бардин продолжал свои исследования в течение 1980-х и опубликовал статьи в Physical Review Letters и Physics Today менее чем за год до своей смерти.

Коллекция личных бумаг Бардина хранится в архивах Иллинойского университета.

Нобелевская премия по физике 1956 г.

В 1956 году Джон Бардин разделил Нобелевскую премию по физике с Уильямом Шокли из лаборатории полупроводников Beckman Instruments и Уолтером Браттейном из Bell Telephone Laboratories « за их исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта ».

В тот вечер на церемонии вручения Нобелевской премии в Стокгольме Браттейн и Шокли получили свои награды от короля Густава VI Адольфа . Бардин привел на церемонию вручения Нобелевской премии только одного из своих троих детей. Король Густав упрекнул Бардина из-за этого, и Бардин заверил короля, что в следующий раз он приведет всех своих детей на церемонию. Он сдержал свое обещание.

Теория BCS

Основная статья: теория BCS

В 1957 году Бардин в сотрудничестве с Леоном Купером и его докторантом Джоном Робертом Шриффером предложил стандартную теорию сверхпроводимости, известную как теория БКШ (названная по их инициалам).

Нобелевская премия по физике 1972 г.

В 1972 году Бардин разделил Нобелевскую премию по физике с Леоном Купером из Университета Брауна и Джоном Робертом Шриффером из Университета Пенсильвании «за их совместно разработанную теорию сверхпроводимости, обычно называемую теорией БКШ». Это была вторая Нобелевская премия Бардина по физике. Он стал первым, кто получил две Нобелевские премии в той же области. Только трое других когда-либо получали более одной Нобелевской премии.

Бардин привел троих детей на церемонию вручения Нобелевской премии в Стокгольме. Бардин отдал большую часть своей Нобелевской премии на финансирование лекций памяти Фрица в Лондоне в Университете Дьюка .

Другие награды

Помимо того, что он дважды был удостоен Нобелевской премии, Бардин имеет множество других наград, в том числе:

Ксерокс

Бардин также был важным советником Xerox Corporation . Хотя по натуре он был тихим, он предпринял нехарактерный шаг, призвав руководителей Xerox сохранить на плаву свой калифорнийский исследовательский центр Xerox PARC , когда материнская компания подозревала, что ее исследовательский центр будет малоэффективным.

Личная жизнь

Бардин женился на Джейн Максвелл 18 июля 1938 года. Находясь в Принстоне, он встретил Джейн во время визита к своим старым друзьям в Питтсбурге .

Бардин был ученым с очень скромным характером. Хотя он почти 40 лет проработал профессором в Университете Иллинойса, его больше всего запомнили соседи за то, что он устраивал кулинарные ужины, где он готовил еду для своих друзей, многие из которых не знали о его достижениях в университете. Он всегда спрашивал своих гостей, нравится ли им поджаренная булочка с гамбургером (так как ему так нравилась его). Ему нравилось играть в гольф и устраивать пикники со своей семьей. Лилиан Ходдсон, историк из Университета Иллинойса, написавшая книгу о Бардине, сказала, что, поскольку он «радикально отличался от популярного стереотипа о« гении »и не был заинтересован в том, чтобы казаться отличным от обычного, публика и средства массовой информации часто не обращали на него внимания».

Когда Бардина спросили о его убеждениях во время интервью 1988 года, он ответил: «Я не религиозный человек, поэтому не думаю об этом много». Однако он также сказал: «Я чувствую, что наука не может дать ответ на основные вопросы о смысле и цели жизни». Бардин действительно верил в кодекс моральных ценностей и поведения. Детей Джона Бардина в церковь водила его жена, которая преподавала в воскресной школе и была церковным старейшиной. Несмотря на это, он и его жена дали понять, что не верят в загробную жизнь и другие религиозные идеи.

Смерть

Бардин умер от сердечного приступа в возрасте 82 лет в Бригаме и женской больнице в Бостоне , штат Массачусетс , 30 января 1991 года. Хотя он жил в Шампейн-Урбане , он приехал в Бостон для медицинской консультации. Бардин и его жена Джейн (1907–1997) похоронены на кладбище Форест-Хилл , Мэдисон, Висконсин. У них остались трое детей, Джеймс , Уильям и Элизабет Бардин Грейтак, а также шесть внуков.

Наследие

Ближе к концу этого десятилетия, когда они начинают перечислять имена людей, оказавших наибольшее влияние на 20-й век, имя Джона Бардина, умершего на прошлой неделе, должно быть рядом или, возможно, даже возможно, на вершине. списка ... Г-н Бардин разделил две Нобелевские премии и был удостоен множества других наград. Но какая может быть большая честь, когда каждый из нас может оглянуться вокруг и повсюду видеть напоминания о человеке, чей гений сделал нашу жизнь дольше, здоровее и лучше.

- Передовая статья Chicago Tribune , 3 февраля 1991 г.

В честь профессора Бардина инженерный четырехугольник Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн назван Bardeen Quad.

Также в честь Бардина корпорация Sony выделила кафедру профессора Джона Бардина за 3 миллиона долларов в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, начиная с 1990 года. Корпорация SONY во многом обязана своим успехом коммерциализации транзисторов Бардина в портативных телевизорах и радиоприемниках и работала. с исследователями из Иллинойса. Нынешний профессор Джона Бардина - Ник Холоньяк , докторант и протеже Бардина.

Во время смерти Бардина тогдашний канцлер Университета Иллинойса Мортон Вейр сказал: «Это редкий человек, чья работа меняет жизнь каждого американца; это сделал Джон».

Бардин был отмечен 6 марта 2008 года на почтовой марке США в рамках серии «Американские ученые», разработанной художником Виктором Стабиным . Марка за 0,41 доллара была открыта на церемонии в Университете Иллинойса. Его цитата гласит: «Физик-теоретик Джон Бардин (1908–1991) дважды был лауреатом Нобелевской премии по физике - в 1956 году как соавтор транзистора и в 1972 году за объяснение сверхпроводимости. Транзистор проложил путь для всех современных электроника, от компьютеров до микрочипов. Разнообразные применения сверхпроводимости включают инфракрасные датчики и медицинские системы визуализации ". Среди других ученых в списке «Американские ученые» - биохимик Герти Кори , химик Линус Полинг и астроном Эдвин Хаббл .

использованная литература

внешние ссылки