约翰·巴丁 (英語:John Bardeen ,1908年5月23日—1991年1月30日[3] )是一名美國 物理學家 和工程師 。他是唯一一個兩度獲得諾貝爾物理學獎 的人:第一次是在1956年與威廉·肖克利 和沃尔特·布拉顿 一起發明電晶體 ;第二次是在1972年與利昂·庫珀 和約翰·施里弗 一起發明被稱為BCS理論 的傳統超導現象 的基本理論[2] [7] 。
電晶體徹底改變了電子工業,使從電話 到電腦 的幾乎所有現代電子設備的發展成為可能,並開創了資訊時代 。巴丁在超導方面的發展使他獲得他的第二個諾貝爾獎——被用於核磁共振 光譜(NMR)、醫學磁共振成像 (MRI)和超導量子電路。
巴丁在威斯康辛州 出生和長大,在普林斯頓大學 獲得物理學博士學位。在第二次世界大戰 中服役後,他曾在貝爾實驗室 擔任研究員,並在伊利諾大學 擔任教授。1990年,巴丁被《生活 》雜誌評為「本世紀最具影響力的100位美國人」之一[8] 。
生平
早年
1908年5月23日,約翰·巴丁出生在威斯康星州 麥迪遜市 。他是父亲查尔斯·拉塞尔·巴丁 (Charles Russell Bardeen)博士与母亲海伦·哈默(Althea Harmer)的第2个儿子。他的父親是威斯康星大學麥迪遜分校 解剖學 教授 和第1任醫學院院長。他的母亲海伦·巴丁結婚前曾任教於杜威實驗學校(J. Dewey The laboratory school ,即今日芝加哥大學實驗學校 ),从事室內裝潢業務。結婚後她是一個艺术界活躍人物。
约翰·巴丁的很早就显现數學才能。他的七年級數學老師鼓勵巴丁繼續進修。約翰·巴丁12歲時,母亲因患癌症 而病重。[9] [10]
巴丁在麥迪遜市的一所大學附属高中就讀。他也同时参加了另一所高中的额外课程。他的母亲在此期间去世。1923年,他从高中毕业,时年15岁。
高等教育经历
1923年,他考入威斯康星大學麥迪遜分校 电机工程 系。因為他不想像父亲一样成為學者,所以選擇了具有更好就業前景[11] 的工程學 。大學期間,他參加了高校兄弟会“Zeta Psi”和高校学生荣誉组织“Tau Beta Pi”。他在本科阶段参加了所有自己感兴趣的数理方向的硕士研究生课程。他曾花費了1年時間在芝加哥 工作,结果多拖了1年才畢業。[12] 1928年,巴丁获得電氣工程理學士 学位。[13] 因学识积累丰富,他在威斯康辛大学升学就读硕士1年之后(1929年),就在列欧·皮特兹(Leo J. Peters)的指导下取得了电气工程硕士学位。[13] 他的數學導師是沃倫·韋弗和愛德華·凡弗萊克。他的主要物理導師是約翰·哈斯·布勞克·凡弗萊克,保羅·狄拉克 、沃纳·海森堡 和阿诺·索末菲 也影響他很多。[13]
1929年,巴丁未能進入劍橋大學 三一學院 就讀,留在威斯康星大学進行研究,担任电机工程研究助理[9] 1。后来,他去了海灣石油 公司的研究部門“匹茲堡大学 海湾研究实验中心”(University of Pittsburgh Applied Research Center)。[9] 1930年到1933年,巴丁在那里参与地球磁场 及重力场 勘测方法的研究。对工作厌倦之後,他于1933年又前往普林斯頓大學 读博士。巴丁的论文选题方向是固態物理 ,导师是尤金·維格納 。
1935年,还在完成论文的他收到了来自哈佛 才俊协会(Society of Fellows at Harvard University)的邀请,并成为其初级研究会员。1935年到1938年,他在哈佛与約翰·凡扶累克 和珀西·布里奇曼 等人合作研究金属的内聚和導電性 和原子核 能级密度。1936年,他獲得普林斯頓大學數學物理 博士學位。
加入貝爾實驗室
1938年到1941年间,巴丁担任明尼苏达大学 助理教授,1941年到1945年在华盛顿海军军械实验室工作。1945年10月,約翰·巴丁在贝尔电话公司实验研究所 研究半导体 及金属 的导电机制、半导体表面性能等问题。巴丁是固態物理組的成員。组长是威廉·肖克利 和化學家斯坦利·摩根(Stanley Morgan)。其他组员还包括沃尔特·布拉顿 、物理學家杰拉爾德·皮爾遜(Gerald Pearson),化學家羅伯特·吉尼(Robert Gibney),電子專家希爾伯特·摩爾(Hilbert Moore)和幾個技術員。他搬家到新澤西州 萨米市 。[14] 巴丁在麻薩諸塞州 學校認識肖克利。巴丁在普林斯頓大學時代通過布拉顿的兄弟鮑勃·布拉顿認識了布拉顿。鮑勃·布拉顿也是普林斯頓大學的學生。無論是在實驗室或高爾夫球場 ,巴丁和布拉顿在週末把所有時間都放在實驗和组织理論。
該小組的任務是尋求一種固態放大器來取代易碎的真空管放大器。他們的第1個嘗試是根據肖克利的構想,使用从外部施加的電場 来影響半導體 的導電性。這些實驗用遍了各種材料和搭配,但是都失敗了。等到巴丁提出一种有关表面態的理論,研究才开始出现转机。巴丁猜想半導體物质的表面存在着一种机制,能激发出一种可防止自身被外场贯穿的特殊状态。小组于是将研究重点改为材料的表面状态,之后几乎每日都有长谈。小组的交流气氛很棒,众人都能各抒己见。[15]
到1946年冬,巴丁他们已经有足够多的研究成果,于是向《物理評論 》提交了一篇關於表面态的论文。布拉顿開始研究当亮光照射在半導體表面狀態时,其表面态有何可观察的物理变化。这项研究又多产出了几篇论文(其中有一篇有肖克利参与),不仅能更充分地解释他们之前实验失败的原因,还能估计表面态的分布密度。这些工作涉及到半导体、导线和电解质 之间的点接触(point contacts),向前迈进了一大步。
摩尔建立了一种易于调节频率的电路,并建议使用一种不易蒸发 的化学物质硼酸二醇(glycol borate,gu)。最终,当皮爾遜经肖克利的提醒[16] ,在P-N结 两端的gu液滴上施加电压时,他们发现了显示能量已增幅 的迹象。
1947年,巴丁和布拉顿发明了半导体三极管(双极性晶体管 )。一个月后,肖克利发明了P-N结晶体管 。晶体管效应的发现导致三人后来共同获得了1956年诺贝尔物理学奖 。
任职伊利诺伊大學
在1951年,巴丁的朋友佛萊德·錫思幫巴丁說服伊利諾大學厄巴納-香檳分校 ,提供巴丁一份年薪一萬元的工作。巴丁由于和肖克利不合,接受了聘用後,離開貝爾實驗室 ,進入伊利诺大学香槟分校 電機學院和物理學院擔任教授。巴丁建立了2個主要研究計畫,一個計畫在電機系,另一個在物理系。電機系的研究計畫是關於半導體 實驗和理論,物理系的研究計畫是關於宏觀量子 理論,特別是量子超導性 和量子液體 。他的第1個博士學生正是后来在1962年發明了LED 的尼克·何倫亞克 。
1950年代早期,巴丁就已经开始考虑超导电性的问题。他意识到电子 与声子 的相互作用是解决问题的关键。1953年,约翰·施里弗 来到伊利诺大学 ,在巴丁的指导下攻读物理学博士学位,并选择超导问题作为博士论文题目。在普林斯顿高等研究院 的杨振宁 推荐下,刚从哥伦比亚大学 获得博士学位不久的利昂·庫珀 开始与巴丁和施里弗进行合作。1957年,巴丁和库珀、施里弗共同创立了BCS理论 ,对超导电性做出了合理的解释。他们三人后来也因此获得1972年诺贝尔物理学奖。巴丁也成为第一位,也是目前为止唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人。
巴丁在1951-1975年間非常活躍,之後更成為榮譽教授。
晚年
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研究工作
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个人生活
1938年,巴丁与简·麦克斯韦(Jane Maxwell)结婚,婚后育有两子一女。巴丁业余时间喜欢旅游 和高尔夫球 。
传记
荣誉与奖项
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纪念
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伊利诺伊大学香槟分校 校园内纪念巴丁和超导理论的纪念牌。
参阅
参考资料
文内引用
^ Elizabeth Greytak, Systems Analyst . The Boston Globe (Boston). December 25, 2000 [December 27, 2014] . (原始内容 存档于March 1, 2016).
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^ Hoddeson, Lillian and Vicki Daitch. True Genius: the Life and Science of John Bardeen . National Academy Press, 2002. ISBN 0-309-08408-3
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^ 9.0 9.1 9.2 True Genius: The Life and Science of John Bardeen, Joseph Henry Press, 2002.
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^ 见Hoddeson 2002 ,第117頁,摘录:"Soon, however, life in Summit would become easy and rich for the Bardeens."
^ 见Brattain ,第127頁。
^ 见Brattain ,第132頁。
^ 谢婧 (选稿). 科教社:"哲人石丛书"出版十年 四个系列86个品种 . 东方网. 2009年8月5日 [2018年5月22日] . (原始内容存档 于2021年1月7日) (中文(中国大陆)) .
补充来源
外部链接
1899年–1925年 1926年–1950年 1951年–1975年 1976年–2000年 2001年–2025年
1901年-1925年 1926年-1950年 1951年-1975年 1976年-2000年 2001年-至今 注:年份不一定是實際獲獎時間,1917年、1918年、1921年、1924年、1925年、1928年、1932年、1943年的獎項都延後一年頒發。
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