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约翰·巴丁1956年和1972年诺贝尔物理学奖得主
John Bardeen
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John Bardeen (1908-1991)
出生(1908-05-23)1908年5月23日
 美国威斯康星州麦迪逊
逝世1991年1月30日(1991岁-01-30)(82岁)
 美国斯波坎
国籍 美国
母校麦迪逊中央高中
威斯康星大学麦迪逊分校
普林斯顿大学
知名于发明半导体三极管
创立BCS理论
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
研究领域物理学电子学
机构威斯康辛大学电机工程研究助理
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员
贝尔实验室研究员
伊利诺大学香槟分校教授
博士导师尤金·维格纳1963年诺贝尔物理学奖得主

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,因发明晶体管及其相关效应;超导BCS理论分别在1956年、1972年2次获得诺贝尔物理学奖

生平

早年

1908年5月23日,约翰·巴丁出生在威斯康星州麦迪逊市。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。他的父亲是威斯康星大学麦迪逊分校解剖学教授和第1任医学院院长。他的母亲海伦·巴丁结婚前曾任教于杜威实验学校(J. Dewey The laboratory school,即今日芝加哥大学实验学校英语University of Chicago Laboratory Schools),从事室内装潢业务。结婚后她是一个艺术界活跃人物。

约翰·巴丁的很早就显现数学才能。他的七年级数学老师鼓励巴丁继续进修。约翰·巴丁12岁时,母亲因患癌症而病重。[来源请求]

巴丁在麦迪逊市的一所大学附属高中就读。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,他考入威斯康星大学麦迪逊分校电机工程系。因为他不想像父亲一样成为学者,所以选择了具有更好就业前景的工程学。大学期间,他参加了高校兄弟会“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。他曾花费了1年时间在芝加哥工作,结果多拖了1年才毕业。1928年,巴丁获得电气工程理学士学位。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。他的数学导师是沃伦·韦弗和爱德华·凡弗莱克。他的主要物理导师是约翰·哈斯·布劳克·凡弗莱克,保罗·狄拉克沃纳·海森堡阿诺·索末菲也影响他很多。[来源请求]

1929年,巴丁未能进入剑桥大学三一学院就读[来源请求],留在威斯康星大学进行研究,担任电机工程研究助理[来源请求]。后来,他去了海湾石油英语Gulf Oil公司的研究部门“匹兹堡大学海湾研究实验中心”(University of Pittsburgh Applied Research Center)。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。对工作厌倦之后,他于1933年又前往普林斯顿大学读博士。巴丁的论文选题方向是固态物理,导师是尤金·维格纳

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,他在哈佛与约翰·凡扶累克珀西·布里奇曼等人合作研究金属的内聚和导电性原子核能级密度。1936年,他获得普林斯顿大学数学物理博士学位。

加入贝尔实验室

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,约翰·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。巴丁是固态物理组的成员。组长是威廉·肖克利和化学家斯坦利·摩根(Stanley Morgan)。其他组员还包括沃尔特·布拉顿、物理学家杰拉尔德·皮尔逊(Gerald Pearson),化学家罗伯特·吉尼(Robert Gibney),电子专家希尔伯特·摩尔(Hilbert Moore)和几个技术员。他搬家到新泽西州萨米市英语Summit, New Jersey。巴丁在马萨诸塞州学校认识肖克利。巴丁在普林斯顿大学时代通过布拉顿的兄弟鲍勃·布拉顿认识了布拉顿。鲍勃·布拉顿也是普林斯顿大学的学生。无论是在实验室或高尔夫球场,巴丁和布拉顿在周末把所有时间都放在实验和组织理论。

该小组的任务是寻求一种固态放大器来取代易碎的真空管放大器。他们的第1个尝试是根据肖克利的构想,使用从外部施加的电场来影响半导体的导电性。这些实验用遍了各种材料和搭配,但是都失败了。等到巴丁提出一种有关表面态的理论,研究才开始出现转机。巴丁猜想半导体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。

到1946年冬,巴丁他们已经有足够多的研究成果,于是向《物理评论》提交了一篇关于表面态的论文。布拉顿开始研究当亮光照射在半导体表面状态时,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,当皮尔逊经肖克利的提醒,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

任职伊利诺伊大学

在1951年,巴丁的朋友佛莱德·锡思帮巴丁说服伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校,提供巴丁一份年薪一万元的工作。巴丁由于和肖克利不合,接受了聘用后,离开贝尔实验室,进入伊利诺大学香槟分校电机学院和物理学院担任教授。巴丁建立了2个主要研究计划,一个计划在电机系,另一个在物理系。电机系的研究计划是关于半导体实验和理论,物理系的研究计划是关于宏观量子理论,特别是量子超导性和量子液体。他的第1个博士学生正是后来在1962年发明了LED尼克·何伦亚克

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·库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年间非常活跃,之后更成为荣誉教授。

晚年

研究工作

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高尔夫球

传记

荣誉与奖项

纪念

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

文内引用

  1. ^ Biography of John Bardeen 1. PBS. [2007-12-24]. (原始内容存档于2011-02-20) (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]. (原始内容存档于2018年6月12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]. (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


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