Джон Бардин ( / b ɑːr ˈ d iː n / ; 23 мая 1908 — 30 января 1991) [2] — американский физик и инженер-электрик . Он единственный человек , дважды удостоенный Нобелевской премии по физике : первый раз в 1956 году вместе с Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном за изобретение транзистора ; и снова в 1972 году с Леоном Н. Купером и Джоном Робертом Шриффером для фундаментальной теории обычной сверхпроводимости , известной как теория БКШ . [1] [7]
Транзистор произвел революцию в электронной промышленности, сделав возможным развитие почти всех современных электронных устройств, от телефонов до компьютеров , и положив начало информационной эпохе . Разработки Бардина в области сверхпроводимости, за которые он был удостоен второй Нобелевской премии, используются в спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР), медицинской магнитно-резонансной томографии (МРТ) и сверхпроводящих квантовых схемах.
Бардин родился и вырос в Висконсине и получил докторскую степень. по физике из Принстонского университета . После службы во Второй мировой войне он был исследователем в Bell Labs и профессором Университета Иллинойса . В 1990 году Бардин появился в списке журнала Life «100 самых влиятельных американцев века». [8]
Бардин — первый из трех человек, получивших несколько Нобелевских премий в одной и той же категории (остальные — Фредерик Сэнгер и Карл Барри Шарплесс по химии), и один из пяти человек, получивших две Нобелевские премии .
Бардин родился в Мэдисоне, штат Висконсин , 23 мая 1908 года. [9] Он был сыном Чарльза Бардина , первого декана медицинской школы Университета Висконсина.
Бардин учился в средней школе Университета Висконсина в Мэдисоне. Он окончил школу в 1923 году в возрасте 15 лет. [9] Он мог бы закончить школу на несколько лет раньше, но это было отложено, поскольку он учился в другой средней школе и из-за смерти его матери. Бардин поступил в Университет Висконсина в 1923 году. Во время учебы в колледже он присоединился к братству Зета Пси . Часть необходимых членских взносов он собрал игрой в бильярд. Бардин был принят в члены почетного общества инженеров Тау Бета Пи . Не желая быть академиком, как его отец, Бардин выбрал инженерное дело. Он также считал, что у инженеров хорошие перспективы трудоустройства. [10]
Бардин получил степень бакалавра наук в области электротехники в 1928 году в Университете Висконсина. [11] Несмотря на годичный отпуск, чтобы поработать в Чикаго, он окончил учебу в 1928 году. [12] Пройдя все аспирантуры по физике и математике, которые его интересовали, Бардин окончил учебу за пять лет вместо обычных четырех. Это дало ему время для завершения магистерской диссертации под руководством Лео Дж. Питерса. Он получил степень магистра наук в области электротехники в 1929 году в Висконсине. [3] [11]
Бардин продолжил свое обучение, оставшись в Висконсине, но в конце концов перешел на работу в Gulf Research Laboratories , исследовательское подразделение Gulf Oil Corporation, базирующееся в Питтсбурге . [8] С 1930 по 1933 год Бардин работал там над разработкой методов интерпретации магнитных и гравитационных исследований. [9] Он работал геофизиком. После того, как работа не смогла удержать его интерес, он подал заявление и был принят в аспирантуру по математике в Принстонском университете . [10]
Будучи аспирантом, Бардин изучал математику и физику. Под руководством физика Юджина Вигнера он написал диссертацию по проблеме физики твердого тела . Прежде чем завершить диссертацию, в 1935 году ему предложили должность младшего научного сотрудника Общества научных сотрудников Гарвардского университета. Следующие три года он провел там, с 1935 по 1938 год, работая с будущими нобелевскими лауреатами по физике Джоном Хасбруком ван Флеком. и Перси Уильямс Бриджмен по проблемам когезии и электропроводности в металлах, а также проделали некоторую работу по уровням плотности ядер. Он получил докторскую степень. степень бакалавра математической физики в Принстоне в 1936 году. [9]
С 1941 по 1944 год Бардин возглавлял группу, работавшую над магнитными минами и торпедами и средствами противоминного и торпедного противодействия в Военно-морской артиллерийской лаборатории . За этот период его жена Джейн родила сына (Билл, 1941 года рождения) и дочь (Бетси, 1944 года рождения). [13]
В октябре 1945 года Бардин начал работать в Bell Labs в качестве члена группы по физике твердого тела , которую возглавляли Уильям Шокли и химик Стэнли Морган. Другими сотрудниками, работавшими в группе, были Уолтер Браттейн , физик Джеральд Пирсон , химик Роберт Гибни, эксперт по электронике Гилберт Мур и несколько технических специалистов. Он перевез свою семью в Саммит, штат Нью-Джерси . [14]
Задача группы заключалась в поиске твердотельной альтернативы хрупким стеклянным ламповым усилителям. Их первые попытки были основаны на идеях Шокли об использовании внешнего электрического поля в полупроводнике для воздействия на его проводимость. Эти эксперименты каждый раз загадочным образом проваливались во всех конфигурациях и материалах. Группа находилась в тупике, пока Бардин не предложил теорию, которая основывалась на поверхностных состояниях, которые не позволяли полю проникать в полупроводник. Группа переключила свое внимание на изучение этих поверхностных состояний, встречаясь почти ежедневно, чтобы обсудить работу. Взаимопонимание в группе было превосходным, и идеи свободно обменивались. [15] К зиме 1946 года у них было достаточно результатов, и Бардин представил статью о поверхностных состояниях в журнал Physical Review . Браттейн начал эксперименты по изучению поверхностных состояний посредством наблюдений, сделанных при освещении поверхности полупроводника ярким светом. Это привело к появлению еще нескольких статей (одна из них была написана в соавторстве с Шокли), в которых плотность поверхностных состояний оценивалась как более чем достаточная, чтобы объяснить неудачные эксперименты. Темп работ значительно ускорился, когда точечные контакты между полупроводником и проводящими проводами начали окружать электролитами . Мур построил схему, которая позволяла им легко изменять частоту входного сигнала, и предложил использовать борат гликоля (гу), вязкое химическое вещество, которое не испаряется. Наконец, они начали получать некоторые доказательства усиления мощности, когда Пирсон, действуя по предложению Шокли, [16] приложил напряжение к капле гу, помещенной через p–n-переход .
23 декабря 1947 года Бардин и Браттейн работали без Шокли, когда им удалось создать транзистор с точечным контактом , обеспечивающий усиление. К следующему месяцу патентные поверенные Bell Labs приступили к работе над патентными заявками. [17]
Адвокаты Bell Labs вскоре обнаружили, что принцип эффекта поля Шокли был предвосхищен и запатентован в 1930 году Джулиусом Лилиенфельдом , который подал свой патент, подобный MESFET , в Канаде 22 октября 1925 года .
Шокли публично взял на себя львиную долю заслуг в изобретении транзистора; это привело к ухудшению отношений с ним Бардина. [19] Однако руководство Bell Labs последовательно представляло всех троих изобретателей как одну команду. Шокли в конечном итоге разозлил и оттолкнул Бардина и Браттейна, по сути лишив их возможности работать над переходным транзистором. Бардин начал заниматься теорией сверхпроводимости и покинул Bell Labs в 1951 году. Браттейн отказался работать с Шокли дальше и был переведен в другую группу. Ни Бардин, ни Браттейн не имели особого отношения к разработке транзистора после первого года после его изобретения. [20] [21]
«Транзистор» ( сочетание слов «крутизна» и «резистор») имел размер 1/50 размера электронных ламп, которые он заменял в телевизорах и радиоприемниках, потреблял гораздо меньше энергии, был гораздо более надежным и позволял электрическим устройствам стать более компактный. [8]
К 1951 году Бардин искал новую работу. Фред Зейтц, друг Бардина, убедил Иллинойский университет в Урбана-Шампейн сделать Бардину предложение в размере 10 000 долларов в год. Бардин принял предложение и покинул Bell Labs, [17] поступив на инженерный и физический факультеты в Иллинойсе в 1951 году, где он был профессором электротехники и физики. [5]
В Иллинойсе он основал две крупные исследовательские программы: одну на факультете электротехники и одну на факультете физики. Программа исследований на факультете электротехники касалась как экспериментальных, так и теоретических аспектов полупроводников, а программа исследований на факультете физики касалась теоретических аспектов макроскопических квантовых систем, особенно сверхпроводимости и квантовых жидкостей. [22]
Он был действующим профессором в Иллинойсе с 1951 по 1975 год, а затем стал почетным профессором . [8] В дальнейшей жизни Бардин продолжал активно заниматься академическими исследованиями, в течение которых он сосредоточился на понимании потока электронов в волнах зарядовой плотности (ВЗП) через металлические линейные цепные соединения. Его предложения [23] [24] [25] о том, что перенос электронов ВЗП является коллективным квантовым явлением (см. Макроскопические квантовые явления ), поначалу были встречены со скептицизмом. [26] Однако эксперименты, о которых сообщалось в 2012 году [27] , показывают колебания тока ВЗП в зависимости от магнитного потока через трисульфидные кольца тантала, аналогичные поведению сверхпроводящих квантовых интерференционных устройств (см. СКВИД и эффект Ааронова-Бома ), что подтверждает идею о том, что Коллективный транспорт электронов ВЗП имеет фундаментально квантовую природу. [28] [29] (См. квантовую механику .) Бардин продолжал свои исследования на протяжении 1980-х годов и опубликовал статьи в журналах Physical Review Letters [30] и Physics Today [31] менее чем за год до своей смерти.
Коллекция личных документов Бардина хранится в архиве Университета Иллинойса. [32]
В 1956 году Джон Бардин разделил Нобелевскую премию по физике с Уильямом Шокли из Лаборатории полупроводников компании Beckman Instruments и Уолтером Браттейном из Bell Telephone Laboratories « за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта ». [33]
В тот вечер на церемонии вручения Нобелевской премии в Стокгольме Браттейн и Шокли получили награды от короля Густава VI Адольфа . Бардин привел на церемонию Нобелевской премии только одного из трех своих детей. Король Густав упрекнул за это Бардина, и Бардин заверил короля, что в следующий раз приведет на церемонию всех своих детей. Он сдержал свое обещание. [34]
В 1957 году Бардин в сотрудничестве с Леоном Купером и его докторантом Джоном Робертом Шриффером предложил стандартную теорию сверхпроводимости , известную как теория БКШ (названная по их инициалам). [8]
Бардин заинтересовался туннелированием сверхпроводников летом 1960 года после консультации с Исследовательской лабораторией General Electric в Скенектади, штат Нью-Йорк, где он узнал об экспериментах, проведенных Иваром Гиавером в Политехническом институте Ренсселера , в которых предполагалось, что электроны из обычного материала могут туннелировать в сверхпроводящий. [35] : 222–223
8 июня 1962 года Брайан Джозефсон , которому тогда было 23 года, представил в журнал Physics Letters свое предсказание о протекании сверхтока через барьер, [36] эффекте, который позже стал известен как эффект Джозефсона . Бардин подверг сомнению теорию Джозефсона в заметке в своей статье, полученной десять дней спустя в журнале Physical Review Letters [35] : 222–225 : [37]
В недавней заметке Джозефсон использует схожую формулировку для обсуждения возможности сверхтекучего течения в туннельной области, в которой не создаются квазичастицы. Однако, как указывает автор (ссылка 3), спаривание не распространяется в барьер, поэтому такого сверхтекучего течения быть не может.
В дальнейшем этот вопрос обсуждался на 8-й Международной конференции по физике низких температур , проходившей с 16 по 22 сентября 1962 года в Лондонском университете Королевы Марии . Пока Джозефсон излагал свою теорию, Бардин встал, чтобы изложить свои возражения. После интенсивных дебатов оба мужчины не смогли прийти к общему пониманию, и Джозефсон неоднократно спрашивал Бардина: «Вы это рассчитали? Нет? Я это сделал». [35] : 225–226
В 1963 году были обнаружены экспериментальные данные и дальнейшие теоретические разъяснения, подтверждающие эффект Джозефсона, в частности, в статье Филипа В. Андерсона и Джона Роуэлла из Bell Labs . [38] После этого Бардин принял теорию Джозефсона и публично отказался от своего предыдущего возражения против нее на конференции, состоявшейся в августе 1963 года. Бардин также пригласил Джозефсона в качестве постдока в Иллинойсе на 1965–1966 учебный год, а позже назначил Джозефсона и Гиаверу за Нобелевскую премию по физике, которую они получили в 1973 году. [35] : 226
В 1972 году Бардин разделил Нобелевскую премию по физике с Леоном Н. Купером из Университета Брауна и Джоном Робертом Шриффером из Пенсильванского университета «за их совместно разработанную теорию сверхпроводимости, обычно называемую теорией БКШ». [39] Это была вторая Нобелевская премия по физике, присужденная Бардину. Он стал первым человеком, получившим две Нобелевские премии в одной и той же области. [40]
Бардин привез троих своих детей на церемонию вручения Нобелевской премии в Стокгольме. [34] Бардин отдал большую часть своих денег на Нобелевскую премию на финансирование лекций памяти Фрица Лондона в Университете Дьюка . [41]
В конце 1960-х годов Бардин считал, что Купер и Шриффер заслужили Нобелевскую премию за BCS. Он был обеспокоен тем, что они могут не быть присуждены из-за нежелания Нобелевского комитета наградить одного и того же человека дважды, что было бы в его случае как соавтора теории. Бардин номинировал на премию в 1967 году учёных, работавших над сверхпроводящими туннельными эффектами, такими как эффект Джозефсона : Лео Эсаки , Ивара Гиевера и Брайана Джозефсона . Он признал, что, поскольку развитие туннелей зависит от сверхпроводимости, это увеличит шансы на то, что сама BCS получит награду первой. Он также рассуждал, что Нобелевский комитет предпочитает многонациональные команды, как и в случае с его кандидатами на прокладку туннелей, каждый из которых был из другой страны. Бардин продлевал номинации в 1971, 1972 годах, когда премию получила компания BCS, и, наконец, в 1973 году, когда была присуждена награда за туннелестроение. [35] : 230-231
Он единственный двукратный лауреат по физике и один из трех двукратных лауреатов одной и той же премии; остальные - Фредерик Сэнгер , получивший премии по химии в 1958 и 1980 годах, и Карл Барри Шарплесс , получивший премии по химии в 2001 и 2022 годах . [42]
Помимо того, что Бардин дважды был удостоен Нобелевской премии, он имеет множество других наград, в том числе:
Бардин также был важным советником корпорации Xerox . Хоть он и тих по натуре, он предпринял нетипичный шаг, призвав руководителей Xerox сохранить на плаву их калифорнийский исследовательский центр Xerox PARC , когда материнская компания заподозрила, что его исследовательский центр мало что даст.
Бардин женился на Джейн Максвелл 18 июля 1938 года. Будучи в Принстоне, он встретил Джейн во время визита к своим старым друзьям в Питтсбурге .
Бардин был ученым с очень скромной личностью. Хотя он почти 40 лет проработал профессором в Университете Иллинойса, соседи больше всего запомнили его тем, что он устраивал пикники, на которых готовил еду для своих друзей, многие из которых не знали о его достижениях в университете. Он всегда спрашивал своих гостей, нравится ли им поджаренная булочка для гамбургера (поскольку ему нравилась именно такая). Ему нравилось играть в гольф и ходить на пикники со своей семьей. Лилиан Ходдесон сказала, что, поскольку он «радикально отличался от популярного стереотипа о« гении »и не был заинтересован в том, чтобы казаться чем-то необычным, публика и средства массовой информации часто упускали его из виду». [5]
Когда Бардина спросили о его убеждениях во время интервью 1988 года, он ответил: «Я не религиозный человек, поэтому не особо об этом думаю». Однако он также сказал: «Я чувствую, что наука не может дать ответ на главные вопросы о смысле и цели жизни». Бардин действительно верил в кодекс моральных ценностей и поведения. [49] Детей Джона Бардина водила в церковь его жена, которая преподавала в воскресной школе и была старейшиной церкви. [35] : 168–169 Несмотря на это, он и его жена ясно дали понять, что не верят в загробную жизнь и другие религиозные идеи. [50] Он был отцом Джеймса М. Бардина , Уильяма А. Бардина и дочери Элизабет.
Бардин умер от болезни сердца в возрасте 82 лет в Бригамской женской больнице в Бостоне , штат Массачусетс , 30 января 1991 года . [51] Хотя он жил в Шампейн-Урбане , он приехал в Бостон для медицинской консультации. [8] Бардин и его жена Джейн (1907–1997) похоронены на кладбище Форест-Хилл в Мэдисоне, Висконсин. [ нужна цитата ] У них остались трое детей, Джеймс , Уильям и Элизабет Бардин Грейтак, и шесть внуков. [8]
Ближе к концу этого десятилетия, когда начнут перечислять имена людей, оказавших наибольшее влияние на ХХ век, имя Джона Бардина, умершего на прошлой неделе, должно быть рядом или, возможно, даже в самом верху. из списка... Г-н Бардин получил две Нобелевские премии и был удостоен множества других наград. Но какая большая честь может быть, когда каждый из нас может оглянуться вокруг и повсюду увидеть напоминания о человеке, чей гений сделал нашу жизнь длиннее, здоровее и лучше.
- Редакционная статья Chicago Tribune , 3 февраля 1991 г.
В честь Бардина инженерный четырехугольник Иллинойского университета в Урбана-Шампейн назван Bardeen Quad .
Также в честь Бардина корпорация Sony , начиная с 1990 года, выделила профессорскую кафедру Джона Бардина в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн стоимостью 3 миллиона долларов. [51] Корпорация Sony во многом обязана своим успехом коммерциализации транзисторов Бардина в портативных телевизорах и радиоприемниках. и работал с исследователями из Иллинойса. С 2022 года [обновлять]профессором Джона Бардина является Юрий Власов . [52]
На момент смерти Бардина тогдашний ректор Университета Иллинойса Мортон Вейр сказал: «Это редкий человек, чья работа меняет жизнь каждого американца; Джон это сделал». [40]
Бардин был отмечен на почтовой марке США от 6 марта 2008 года в рамках серии «Американские ученые», созданной художником Виктором Стабиным . Марка стоимостью 0,41 доллара была представлена на церемонии в Университете Иллинойса. [53] Его цитата гласит: «Физик-теоретик Джон Бардин (1908–1991) дважды получил Нобелевскую премию по физике — в 1956 году как соавтор транзистора и в 1972 году за объяснение сверхпроводимости. Транзистор проложил путь для всей современной электроники, от компьютеров до микрочипов. Разнообразные применения сверхпроводимости включают инфракрасные датчики и системы медицинской визуализации». Среди других ученых в списке «Американские ученые» — биохимик Герти Кори , химик Лайнус Полинг и астроном Эдвин Хаббл .
Однако вскоре жизнь на Саммите стала для Бардинов легкой и богатой.
Мать Джона, Алтея, была воспитана в традициях квакеров, а его мачеха Рут была католичкой, но Джон всю свою жизнь был решительно светским человеком. Однажды он был «застигнут врасплох», когда интервьюер задал ему вопрос о религии. «Я не религиозный человек, — сказал он, — и поэтому не особо об этом думаю». Он продолжил редкую разработку своих личных убеждений. «Я чувствую, что наука не может дать ответ на главные вопросы о смысле и цели жизни. С помощью религии можно получить ответы на основе веры. Большинство ученых оставляют их открытыми и, возможно, безответными, но соблюдают кодекс моральных ценностей. Для успеха цивилизованного общества необходим общий консенсус в отношении моральных ценностей и морального поведения с должным учетом благосостояния наших собратьев. Вероятно, существует множество наборов моральных ценностей, совместимых с успешным цивилизованным обществом. Именно тогда они конфликтуют. возникают трудности».
Каждый раз, когда мы посещаем панихиду, — однажды сказала Джейн своей сестре Бетти, — мы снова решаем, что не хотим такой церемонии, когда умрем». проводимый друзьями и семьей, «но не проповедь незнакомца, который, будучи служителем, обязан размышлять о жизни после смерти и других религиозных идеях, в которые мы не верим.
Джон Бардин, соавтор транзистора, который привел к созданию современной электроники и дважды лауреат Нобелевской премии по физике, умер вчера в Бригамской женской больнице в Бостоне.
Ему было 82 года.
...
СМИ, связанные с Джоном Бардином, на Викискладе?
Цитаты, связанные с Джоном Бардином, в Wikiquote
