John Bardeen - John Bardeen

John Bardeen
Bardeen.jpg
Født ( 1908-05-23 )23. mai 1908
Madison, Wisconsin , USA
Døde 30. januar 1991 (1991-01-30)(82 år)
Boston, Massachusetts , USA
utdanning University of Wisconsin ( BS , MS )
Princeton University ( PhD )
Kjent for
Ektefelle (r)
Jane Maxwell
​
( M.  1938 )
Barn
Utmerkelser
Vitenskapelig karriere
Enger Fysikk
Institusjoner Bell Telefon Laboratories
University of Illinois at Urbana - Champaign
Avhandling Quantum Theory of the Work Function  (1936)
Doktorgradsrådgiver Eugene Wigner
Doktorgradsstudenter

John Bardeen ( / b ɑːr d jeg n / ; 23.5.1908 - 30.1.1991) var en amerikansk ingeniør og fysiker . Han er den eneste personen som ble tildelt Nobelprisen i fysikk to ganger: først i 1956 med William Shockley og Walter Brattain for oppfinnelsen av transistoren ; og igjen i 1972 med Leon N Cooper og John Robert Schrieffer for en grunnleggende teori om konvensjonell superledelse kjent som BCS -teorien .

Transistoren revolusjonerte elektronikkindustrien og muliggjorde utvikling av nesten alle moderne elektroniske enheter, fra telefoner til datamaskiner , og innledningen til informasjonsalderen . Bardeens utvikling i superledelse - som han ble tildelt sin andre nobelpris for - brukes i kjernemagnetisk resonansspektroskopi (NMR) og medisinsk magnetisk resonansavbildning (MRI).

Bardeen er født og oppvokst i Wisconsin og fikk en doktorgrad i fysikk fra Princeton University . Etter å ha tjenestegjort i andre verdenskrig , var han forsker ved Bell Labs , og professor ved University of Illinois . I 1990 dukket Bardeen opp på magasinet Life 's liste over "100 mest innflytelsesrike amerikanere i århundret."

Utdanning og tidlig liv

Bardeen ble født i Madison, Wisconsin , 23. mai 1908. Han var sønn av Charles Bardeen , den første dekan ved University of Wisconsin Medical School.

Bardeen gikk på University High School i Madison. Han ble uteksaminert fra skolen i 1923 i en alder av 15. Han kunne ha tatt eksamen flere år tidligere, men dette ble utsatt fordi han tok kurs på en annen videregående skole og på grunn av morens død. Han gikk inn på University of Wisconsin i 1923. Mens han var på college, begynte han i Zeta Psi -brorskapet. Han økte de nødvendige medlemsavgiftene delvis ved å spille biljard. Han ble innviet som medlem av Tau Beta Pi engineering honor honor Society. Han valgte ingeniørfag fordi han ikke ønsket å være akademiker som faren. Han følte også at ingeniørarbeid hadde gode jobbmuligheter.

Bardeen fikk sin Bachelor of Science -grad i elektroteknikk i 1928 fra University of Wisconsin - Madison . Han ble uteksaminert i 1928 til tross for at han tok et års fri for å jobbe i Chicago. Han tok alle kandidatkursene i fysikk og matematikk som hadde interessert ham, og han ble uteksaminert på fem år i stedet for de fire vanlige. Dette ga ham tid til å fullføre masteroppgaven, som ble veiledet av Leo J. Peters. Han mottok sin Master of Science -grad i elektroteknikk i 1929 fra Wisconsin.

Bardeen fortsatte studiene ved å bli i Wisconsin, men til slutt gikk han på jobb for Gulf Research Laboratories , forskningsarmen til Gulf Oil Corporation som hadde base i Pittsburgh . Fra 1930 til 1933 jobbet Bardeen der med utvikling av metoder for tolkning av magnetiske og gravitasjonsundersøkelser. Han jobbet som geofysiker. Etter at arbeidet ikke klarte å beholde interessen, søkte han og ble tatt opp til kandidatprogrammet i matematikk ved Princeton University .

Som doktorgradsstudent studerte Bardeen matematikk og fysikk. Under fysikeren Eugene Wigner endte han opp med å skrive avhandlingen sin om et problem innen fastfysikk . Før han avsluttet oppgaven, ble han tilbudt en stilling som junior stipendiat i Society of Fellows ved Harvard University i 1935. Han tilbrakte de neste tre årene der, fra 1935 til 1938, og jobbet med blivende nobelprisvinnere i fysikk John Hasbrouck van Vleck og Percy Williams Bridgman om problemer i kohesjon og elektrisk ledning i metaller, og gjorde også noe arbeid med nivåtetthet av kjerner. Han fikk sin doktorgrad. i matematisk fysikk fra Princeton i 1936.

Karriere og forskning

Andre verdenskrigstjeneste

Fra 1941 til 1944 ledet Bardeen gruppen som arbeidet med magnetiske gruver og torpedoer og mine- og torpedotiltak ved Naval Ordnance Laboratory . I løpet av denne perioden fødte kona Jane en sønn (Bill, født i 1941) og en datter (Betsy, født i 1944).

Bell Labs

John Bardeen, William Shockley og Walter Brattain på Bell Labs, 1948

I oktober 1945 begynte Bardeen arbeidet på Bell Labs . Han var medlem av en solid-state fysikkgruppe , ledet av William Shockley og kjemiker Stanley Morgan. Annet personell som jobbet i gruppen var Walter Brattain , fysiker Gerald Pearson , kjemiker Robert Gibney, elektronikkekspert Hilbert Moore og flere teknikere. Han flyttet familien til Summit, New Jersey .

Gruppens oppgave var å søke et solid state-alternativ til skjøre glassforsterkere i vakuumrør . Deres første forsøk var basert på Shockleys ideer om bruk av et eksternt elektrisk felt på en halvleder for å påvirke dets ledningsevne. Disse eksperimentene mislyktes på mystisk vis hver gang i alle slags konfigurasjoner og materialer. Gruppen sto stille til Bardeen foreslo en teori som påkalte overflatestater som forhindret feltet i å trenge inn i halvlederen. Gruppen endret fokus for å studere disse overflatetilstandene, og de møttes nesten daglig for å diskutere arbeidet. Gruppens rapport var utmerket, og ideer ble fritt utvekslet. Vinteren 1946 hadde de nok resultater til at Bardeen sendte et papir om overflatestatene til Physical Review . Brattain startet eksperimenter for å studere overflatetilstandene gjennom observasjoner som ble gjort mens han skinte sterkt lys på halvlederens overflate. Dette førte til flere flere papirer (en av dem medforfatter med Shockley), som anslår at tettheten til overflatestatene var mer enn nok til å redegjøre for deres mislykkede eksperimenter. Tempoet på arbeidet økte betydelig da de begynte å omgi punktkontakter mellom halvlederen og de ledende ledningene med elektrolytter . Moore bygde en krets som tillot dem å variere frekvensen av inngangssignalet enkelt og foreslo at de skulle bruke glykolborat (gu), et tyktflytende kjemikalie som ikke fordampet. Til slutt begynte de å få bevis på effektforsterkning da Pearson, etter forslag fra Shockley, satte en spenning på en dråpe gu plassert over et p – n -kryss .

Oppfinnelsen av transistoren

Hovedartikler: Transistor og transistorens historie
En stilisert kopi av den første transistoren som ble oppfunnet på Bell Labs 23. desember 1947

23. desember 1947 jobbet Bardeen og Brattain uten Shockley da de lyktes med å lage en punktkontakt-transistor som oppnådde forsterkning. I neste måned begynte Bell Labs 'patentadvokater å jobbe med patentsøknadene.

Bell Labs advokater oppdaget snart at Shockleys felteffektprinsipp hadde blitt forventet og patentert i 1930 av Julius Lilienfeld , som innleverte sitt MESFET -lignende patent i Canada 22. oktober 1925.

Shockley tok offentlig andelen av æren for oppfinnelsen av transistor; dette førte til en forverring av Bardeens forhold til Shockley. Bell Labs ledelse presenterte imidlertid konsekvent alle tre oppfinnerne som et team. Shockley gjorde til slutt rasende og fremmedgjort Bardeen og Brattain, og han blokkerte i hovedsak de to fra å jobbe med kryss -transistoren. Bardeen begynte å forfølge en teori for superledning og forlot Bell Labs i 1951. Brattain nektet å jobbe videre med Shockley og ble tildelt en annen gruppe. Verken Bardeen eller Brattain hadde mye å gjøre med utviklingen av transistoren utover det første året etter oppfinnelsen.

"Transistoren" (en portmanteau av "transkonduktans" og "motstand") var 1/50 av størrelsen på vakuumrørene den erstattet i fjernsyn og radioer, brukte langt mindre strøm, var langt mer pålitelig og tillot elektriske enheter å bli mer kompakt.

University of Illinois at Urbana - Champaign

En minneplakett som minnes John Bardeen og teorien om superledning, ved University of Illinois i Urbana - Champaign

I 1951 lette Bardeen etter en ny jobb. Fred Seitz, en venn av Bardeen, overbeviste University of Illinois i Urbana - Champaign om å gi Bardeen et tilbud på $ 10 000 i året. Bardeen godtok tilbudet og forlot Bell Labs. Han begynte på ingeniør- og fysikkfakultetene ved University of Illinois i Urbana - Champaign i 1951. Han var professor i elektroteknikk og fysikk i Illinois. Hans doktorgrad student Nick Holonyak (1954), oppfant LED -lampen i 1962.

I Illinois etablerte han to store forskningsprogrammer, ett i avdeling for elektroteknikk og ett i fysikkavdelingen. Forskningsprogrammet ved elektroteknisk avdeling omhandlet både eksperimentelle og teoretiske aspekter ved halvledere, og forskningsprogrammet i fysikkavdelingen omhandlet teoretiske aspekter ved makroskopiske kvantesystemer, særlig superledning og kvantevæsker.

Han var en aktiv professor i Illinois fra 1951 til 1975 og ble deretter professor emeritus. I sitt senere liv forble Bardeen aktiv i akademisk forskning, i løpet av denne tiden fokuserte han på å forstå strømmen av elektroner i ladningstetthetsbølger (CDW -er) gjennom metalliske lineære kjedeforbindelser. Hans forslag om at CDW -elektrontransport er et kollektivt kvantefenomen (se makroskopiske kvantefenomener ) ble først møtt med skepsis. Eksperimenter rapportert i 2012 viser imidlertid oscillasjoner i CDW -strøm kontra magnetisk flux gjennom tantaltrisulfidringer, lik oppførselen til superledende kvanteforstyrrelsesenheter (se SQUID og Aharonov – Bohm -effekten ), og gir tro til ideen om at kollektiv CDW -elektrontransport er grunnleggende kvante i naturen. (Se kvantemekanikk .) Bardeen fortsatte sin forskning gjennom 1980 -tallet og publiserte artikler i Physical Review Letters and Physics Today mindre enn et år før han døde.

En samling av Bardeens personlige papirer er holdt av University of Illinois Archives.

Nobelprisen i fysikk i 1956

I 1956 delte John Bardeen Nobelprisen i fysikk med William Shockley fra Semiconductor Laboratory of Beckman Instruments og Walter Brattain fra Bell Telephone Laboratories " for sine undersøkelser om halvledere og deres oppdagelse av transistoreffekten ".

Under Nobelprisutdelingen i Stockholm mottok Brattain og Shockley prisene den kvelden fra kong Gustaf VI Adolf . Bardeen tok bare ett av sine tre barn med til nobelprisutdelingen. Kong Gustav anklaget Bardeen på grunn av dette, og Bardeen forsikret kongen om at han neste gang ville bringe alle barna sine til seremonien. Han holdt løftet.

BCS teori

Hovedartikkel: BCS -teori

I 1957 foreslo Bardeen, i samarbeid med Leon Cooper og doktorgraden John Robert Schrieffer , standardteorien om supraledelse kjent som BCS -teorien (oppkalt etter initialene deres).

Nobelprisen i fysikk i 1972

I 1972 delte Bardeen Nobelprisen i fysikk med Leon N Cooper fra Brown University og John Robert Schrieffer fra University of Pennsylvania "for deres felles utviklede teori om superledning, vanligvis kalt BCS-teorien". Dette var Bardeens andre nobelpris i fysikk. Han ble den første personen som vant to nobelpriser i samme felt. Bare tre andre har noen gang mottatt mer enn en nobelpris.

Bardeen tok med seg sine tre barn til nobelprisutdelingen i Stockholm. Bardeen ga mye av sine nobelprispenger for å finansiere Fritz London Memorial Lectures ved Duke University .

Andre priser

I tillegg til å bli tildelt Nobelprisen to ganger, har Bardeen mange andre priser, inkludert:

Xerox

Bardeen var også en viktig rådgiver for Xerox Corporation . Selv om han var stille av natur, tok han det ukarakteristiske skrittet med å oppfordre Xerox -ledere til å beholde sitt forskningssenter i California, Xerox PARC , flytende da morselskapet mistenkte at forskningssenteret ville utgjøre lite.

Personlige liv

Bardeen giftet seg med Jane Maxwell 18. juli 1938. Mens han var i Princeton, møtte han Jane under et besøk hos sine gamle venner i Pittsburgh .

Bardeen var en forsker med en veldig beskjeden personlighet. Mens han tjente som professor i nesten 40 år ved University of Illinois, ble han best husket av naboer for å arrangere cookouts hvor han ville lage mat til vennene sine, hvorav mange var uvitende om prestasjonene hans ved universitetet. Han spurte alltid gjestene sine om de likte ristet hamburgerbolle (siden han likte ham på den måten). Han likte å spille golf og gå på piknik med familien. Lillian Hoddeson, en historiker fra University of Illinois som skrev en bok om Bardeen, sa at fordi han "skilte seg radikalt fra den populære stereotypen av" geni "og var uinteressert i å fremstå som annet enn vanlig, overså publikum og media ham ofte."

Da Bardeen ble spurt om sin tro under et intervju i 1988, svarte han: "Jeg er ikke en religiøs person, og tenker derfor ikke så mye over det". Imidlertid har han også sagt: "Jeg føler at vitenskapen ikke kan gi svar på de ultimate spørsmålene om meningen og formålet med livet." Bardeen trodde på en kode for moralske verdier og oppførsel. Barden til John Bardeen ble ført til kirken av kona, som underviste i søndagsskolen og var en eldste i kirken. Til tross for dette gjorde han og kona det klart at de ikke hadde tro på et liv etter døden og andre religiøse ideer.

Død

Bardeen døde av hjertesykdom i en alder av 82 år på Brigham og Women's Hospital i Boston , Massachusetts , 30. januar 1991. Selv om han bodde i Champaign-Urbana , hadde han kommet til Boston for medisinsk konsultasjon. Bardeen og kona Jane (1907–1997) blir gravlagt på Forest Hill Cemetery , Madison, Wisconsin. De ble overlevd av tre barn, James , William og Elizabeth Bardeen Greytak, og seks barnebarn.

Legacy

Nær slutten av dette tiåret, når de begynner å telle opp navnene på menneskene som hadde størst innvirkning på 1900 -tallet, må navnet på John Bardeen, som døde i forrige uke, være nær, eller kanskje til og med uten tvil, på toppen av listen ... Mr. Bardeen delte to nobelpriser og har blitt tildelt en rekke andre æresbevisninger. Men hvilken større ære kan det være når hver enkelt av oss kan se rundt oss og overalt se påminnelsene til en mann hvis geni har gjort livet vårt lengre, sunnere og bedre.

- Chicago Tribune -leder, 3. februar 1991

Til ære for professor Bardeen, prosjektering firkanten er ved University of Illinois i Urbana-Champaign kalt Bardeen Quad.

Også til ære for Bardeen ga Sony Corporation en John Bardeen professorstol på 3 millioner dollar ved University of Illinois i Urbana-Champaign, som begynte i 1990. SONY Corporation skyldte mye av suksessen ved å kommersialisere Bardeens transistorer i bærbare TV-er og radioer, og hadde jobbet med Illinois -forskere. Den nåværende John Bardeen -professoren er Nick Holonyak , Bardeens doktorgradsstudent og protege.

På tidspunktet for Bardeens død sa daværende kansler ved University of Illinois, Morton Weir: "Det er en sjelden person hvis arbeid forandrer hver amerikaners liv; John gjorde det."

Bardeen ble hedret den 6. mars 2008, frimerke i USA som en del av serien "American Scientists" designet av kunstneren Victor Stabin . Frimerket på 0,41 dollar ble avduket under en seremoni ved University of Illinois. Hans sitat lyder: "Teoretisk fysiker John Bardeen (1908–1991) delte Nobelprisen i fysikk to ganger-i 1956, som medoppfinner av transistoren og i 1972, for forklaring av superledning. Transistoren banet vei for alle moderne elektronikk, fra datamaskiner til mikrochips. Ulike anvendelser av superledelse inkluderer infrarøde sensorer og medisinske bildesystemer. " De andre forskerne på arket "Amerikanske forskere" inkluderer biokjemiker Gerty Cori , kjemiker Linus Pauling og astronom Edwin Hubble .

Referanser

Eksterne linker