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
Bardeen.jpg
攝於1956年
出生(1908-05-23)1908年5月23日
 美國威斯康辛州麥迪遜
逝世1991年1月30日(1991歲-01-30)(82歲)
 美國麻薩諸塞州波士頓
母校威斯康辛大學麥迪遜分校BSMS
普林斯頓大學PhD
知名于點接觸晶體管英语Point-contact transistor
場效電晶體
BCS理論
超導現象
表面物理
變形勢能理論英语Carrier scattering
巴丁形式主義
馬蒂斯-巴丁理論英语Mattis–Bardeen theory
配偶簡·馬克士威1938年結婚)
儿女詹姆斯·M·巴丁
威廉·A·巴丁
伊莉莎白·格雷塔克[1]
奖项斯圖亞特·巴蘭汀獎章英语Stuart Ballantine Medal(1952)
奧利弗·E·巴克利凝聚體獎英语Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize(1954)
Nobel prize medal.svg 諾貝爾物理學獎(1956)[2]
弗里茨·倫敦紀念獎英语List of Fritz London Memorial Prizes(1962)
美國國家科學獎章(1965)
IEEE榮譽獎章(1971)
Nobel prize medal.svg 諾貝爾物理學獎(1972)
皇家學會院士(1973)[3]
羅蒙諾索夫金質獎章(1987)
哈羅德·彭德獎英语Harold Pender Award(1988)
科学生涯
研究领域物理學
机构貝爾電話實驗室
伊利諾大學厄巴納-香檳分校
明尼蘇達大學
论文Quantum Theory of the Work Function(1936年)
博士導師尤金·維格納[4]
博士生威廉·L·麥克米倫英语William L. McMillan[4]
約翰·施里弗[4]
尼克·何倫亞克[5]
受影响自約翰·范扶累克[6]

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[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。[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[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[11]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)。[9]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[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[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. ^ Elizabeth Greytak, Systems Analyst. The Boston Globe (Boston). December 25, 2000 [December 27, 2014]. (原始内容存档于March 1, 2016). 
  2. ^ 2.0 2.1 Bardeen Biography from the Nobel Foundation
  3. ^ 3.0 3.1 Pippard, B. John Bardeen. 23 May 1908–30 January 1991. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society. 1994, 39: 20–34. S2CID 121943831. doi:10.1098/rsbm.1994.0002. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 约翰·巴丁數學譜系計畫的資料。
  5. ^ Nice Guys Can Finish As Geniuses at University of Illinois in Urbana-Champaign.. Chicago Tribune: Knight Ridder News Service. January 25, 2003 [August 3, 2007]. 
  6. ^ Bardeen, J. Reminiscences of Early Days in Solid State Physics. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. 1980, 371 (1744): 77–83. Bibcode:1980RSPSA.371...77B. ISSN 0080-4630. JSTOR 2990278. S2CID 121788084. doi:10.1098/rspa.1980.0059. 
  7. ^ Hoddeson, Lillian and Vicki Daitch. True Genius: the Life and Science of John Bardeen. National Academy Press, 2002. ISBN 0-309-08408-3
  8. ^ John Bardeen, Nobelist, Inventor of Transistor, Dies. Washington Post. January 31, 1991 [August 3, 2007]. (原始内容存档于November 2, 2012). 
  9. ^ 9.0 9.1 9.2 True Genius: The Life and Science of John Bardeen, Joseph Henry Press, 2002.
  10. ^ 旷世奇才:巴丁传 上海科技教育出版社 ,2007
  11. ^ Biography of John Bardeen 1. PBS. [2007-12-24]. (原始内容存档于2011-02-20) (英语). 
  12. ^ 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). 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 Curriculum Vitae of John Bardeen. The Nobel Foundation. [2007年11月1日]. (原始内容存档于2018年6月12日) (英语). 
  14. ^ Hoddeson 2002,第117頁,摘录:"Soon, however, life in Summit would become easy and rich for the Bardeens."
  15. ^ Brattain,第127頁。
  16. ^ Brattain,第132頁。
  17. ^ 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[编辑]

外部链接[编辑]