约翰·巴丁

约翰·巴丁(英語: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

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
研究领域物理學电子学
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
博士导师尤金·維格納1963年諾貝爾物理學獎得主

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