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约翰·巴丁

2018-08-22 10:25:32     所属分类:美国电机工程师
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(1991-01-30)(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;超导的BCS理论分别在1956年、1972年2次获得诺贝尔物理学奖。

目录

  • 1 生平
    • 1.1 早年
    • 1.2 高等教育经历
    • 1.3 加入贝尔实验室
    • 1.4 任职伊利诺伊大学
    • 1.5 晚年
    • 1.6 研究工作
  • 2 个人生活
  • 3 传记
  • 4 荣誉与奖项
  • 5 纪念
  • 6 参阅
  • 7 参考资料
    • 7.1 文内引用
    • 7.2 补充来源
  • 8 外部链接

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·罗素·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[1]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。[2]1928年,巴丁获得电气工程理学士学位。[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]他的导师数学是沃伦·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·海森堡和阿诺·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)。[4]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·凡扶累克和珀西·布里奇曼等人合作研究金属的内聚和导电性和原子核能级密度。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及金属的导电机制、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[5]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。[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[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的尼克·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·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和高尔夫球。

传记

  • Lillian Hoddeson; Vicki Daitch. True genius : the life and science of John Bardeen [真正的天才:约翰·巴丁的科研与生活] 1. Washington, D.C.: Joseph Henry Press. 2002. ISBN 0-309-08408-3 (英语). 
    • 汉译版:Lillian Hoddeson; Vicki Daitch. True genius : the life and science of John Bardeen [旷世奇才——巴丁传]. 哲人石丛书. 文慧静 (翻译), 沈衡 (翻译) 1. 上海: 上海科技教育出版社. 2007 2002. ISBN 978-7-5428-4362-3 (中文(大陆)‎). [8]

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

  • 晶体管
  • BCS理论

参考资料

文内引用

  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. ^ 见 Hoddeson 2002,第117页,摘录:"Soon, however, life in Summit would become easy and rich for the Bardeens."
  6. ^ 见 Brattain,第127页。
  7. ^ 见 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(大陆)‎). 

补充来源

  • Walter Brattain. Crystal Fire. : 127 (英语). 

外部链接

  • 约翰·巴丁在《大英百科全书》在线版的页面 (英文)
  • 约翰·巴丁 在数学谱系计划的资料。
  • 约翰·巴丁简介. 诺贝尔官方网站 (英语). 
  • 约翰·巴丁 at Goodreads
  • 约翰·巴丁在科学维基上的条目

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