约翰·巴丁

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约翰·巴丁1956年和1972年諾貝爾物理學獎得主
John Bardeen
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John Bardeen (1908-1991)
出生 (1908-05-23)1908年5月23日
 美國威斯康星州麥迪遜
逝世 1991年1月30日(1991-01-30)(82歲)
 美國斯波坎
国籍  美國
母校 麥迪遜中央高中
威斯康星大学麦迪逊分校
普林斯顿大学
知名于 發明半導體三極管
創立BCS理論
配偶 简·麦克斯韦
奖项 Nobel prize medal.svg二次诺贝尔物理学奖
(1956年、1972年)
科学生涯
研究領域 物理學电子学
机构 威斯康辛大學电机工程研究助理
海湾实验研究所助理
普林斯顿大学助理
哈佛大学研究员
明尼苏达大学助理教授
华盛顿海军军械实验室研究員
贝尔實驗室研究員
伊利诺大学香槟分校教授
博士導師 尤金·維格納1963年諾貝爾物理學獎得主

约翰·巴丁英语:John Bardeen,1908年5月23日-1991年1月30日),美国物理学家,因發明電晶體及其相關效應;超导BCS理论分別在1956年、1972年2次获得诺贝尔物理学奖

生平[编辑]

早年[编辑]

1908年5月23日,約翰·巴丁出生在威斯康星州麥迪遜市。他是父亲查爾斯·羅素·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英语University of Chicago Laboratory Schools),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。[來源請求]

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[编辑]

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[1]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。[2]1928年,巴丁获得電氣工程理學士学位。[3]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。[3]他的導師數學是沃倫·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·海森堡阿诺·索末菲也影響他很多。[來源請求]

1929年,巴丁未能進入劍橋大學三一學院就讀[來源請求],留在威斯康星大学進行研究,担任电机工程研究助理[來源請求]。后来,他去了海灣石油英语Gulf Oil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)。[4]1930年到1933年,巴丁在那里参与地球磁场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·凡扶累克珀西·布里奇曼等人合作研究金属的内聚和導電性原子核能级密度。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[编辑]

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英语Summit, New Jersey[5]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。[6]

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[7],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[编辑]

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,特別是量子超導性量子液體。他的第1個博士學生正是后来在1962年發明了LED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[编辑]

研究工作[编辑]

个人生活[编辑]

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高尔夫球

传记[编辑]

荣誉与奖项[编辑]

纪念[编辑]

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[编辑]

参考资料[编辑]

文内引用[编辑]

  1. ^ Biography of John Bardeen 1. PBS. [2007-12-24] (英语). 
  2. ^ David Pines. John Bardeen: genius in action. physicsworld.com. 2003年5月1日 [2008年1月7日]. (原始内容存档于2007年10月20日). 
  3. ^ 3.0 3.1 Curriculum Vitae of John Bardeen. The Nobel Foundation. [2007年11月1日] (英语). 
  4. ^ 引用错误:没有为名为washpost的参考文献提供内容
  5. ^ Hoddeson 2002,第117页,摘录:"Soon, however, life in Summit would become easy and rich for the Bardeens."
  6. ^ Brattain,第127页。
  7. ^ Brattain,第132页。
  8. ^ 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] (中文(中国大陆)‎). 

补充来源[编辑]

外部链接[编辑]