John Bardeen

John Bardeen
Bardeen.jpg
Bardeen im Jahr 1956
Geboren 23. Mai 1908
Madison, Wisconsin, UNS.
Gestorben 30. Januar 1991 (82 Jahre)
Boston, Massachusetts, UNS.
Ausbildung Universität Wisconsin (BS, FRAU)
Princeton Universität (PhD)
Bekannt für
Ehepartner (en)
Jane Maxwell
​
(m. 1938)​
Kinder
Auszeichnungen
Wissenschaftliche Karriere
Felder Physik
Institutionen Bell Telefonlabors
Universität von Illinois in Urbana -Champaign
Assistenzprofessor für Physik bei der Städte der Universität von Minnesota-Twin ~ 1941-1945
These Quantentheorie der Arbeitsfunktion (1936)
Doktorand Eugene Wigner[4]
Doktorand
Einflüsse John Hasbrouck van Vleck[6]

John Bardeen (/bːrˈdichn/; 23. Mai 1908 - 30. Januar 1991)[3] war ein Amerikaner Physiker und Techniker. Er ist die einzige Person, die mit dem verliehen wird Nobelpreis für Physik zweimal: Zuerst im Jahr 1956 mit William Shockley und Walter Brattain zur Erfindung der Transistor; und wieder 1972 mit Leon n Cooper und John Robert Schrieffer für eine grundlegende Theorie der konventionellen Supraleitung bekannt als BCS -Theorie.[2][7]

Der Transistor revolutionierte die Elektronikindustrie und ermöglichte die Entwicklung fast aller modernen elektronischen Geräte von, von Telefone zu Computersund einleiten in der Informationszeitalter. Die Entwicklungen von Bardeen in der Superkonformität - für den er mit seinem zweiten Nobelpreis ausgezeichnet wurde - werden in verwendet Kernspinresonanz Spektroskopie (NMR), medizinisch Magnetresonanztomographie (MRT) und supraleitende Quantenschaltungen.

Geboren und aufgewachsen in Wisconsin, Bardeen erhielt einen Doktortitel in Physik von Princeton Universität. Nach dem Servieren Zweiter WeltkriegEr war Forscher bei Bell Labsund ein Professor am Universität von Illinois. 1990 erschien Bardeen auf Leben Die Liste der Zeitschriften von "100 einflussreichsten Amerikanern des Jahrhunderts".[8]

Bildung und frühes Leben

Bardeen wurde in geboren Madison, Wisconsinam 23. Mai 1908.[9] Er war der Sohn von Charles Bardeen, der erste Dekan der Medizinischen Fakultät der Universität von Wisconsin.

Bardeen besuchte die University High School in Madison. Er absolvierte 1923 im Alter von 15 Jahren die Schule.[9] Er hätte einige Jahre zuvor ihren Abschluss machen können, aber dies wurde verschoben, weil er Kurse an einer anderen High School und wegen des Todes seiner Mutter belegte. Bardeen betrat die Universität Wisconsin Im Jahr 1923 schloss er sich dem College an Zeta Psi Brüderlichkeit. Die benötigten Mitgliedsgebühren, die er teilweise durch Billard spielte. Bardeen wurde als Mitglied von initiiert Tau Beta pi Engineering Honor Society. Ich möchte nicht wie sein Vater Bardeen ein Akademiker sein. Er hatte auch das Gefühl, dass Engineering gute berufliche Aussichten hatte.[10]

Bardeen erhielt seine Bachelor of Science Abschluss in Elektrotechnik im Jahr 1928 von der Universität von Wisconsin-Madison.[11] Obwohl er sich ein Jahr Zeit genommen hat, um in Chicago zu arbeiten, absolvierte er 1928.[12] Bardeen belegte alle Graduiertenkurse in Physik und Mathematik, die ihn interessiert hatten, und absolvierte in fünf Jahren anstelle der üblichen vier. Dies erlaubte ihm Zeit, die von Leo J. Peters beaufsichtigte These seines Meisters zu vervollständigen. Er erhielt seine Master in Wissenschaften Abschluss in Elektrotechnik im Jahr 1929 aus Wisconsin.[4][11]

Bardeen förderte sein Studium, indem er in Wisconsin blieb, aber er machte sich schließlich zur Arbeit Golfforschungslabors, der Forschungsarm der Golföl Unternehmen mit Sitz in Pittsburgh.[8] Von 1930 bis 1933 arbeitete Bardeen hier an der Entwicklung von Methoden zur Interpretation von magnetischen und gravitativen Umfragen.[9] Er arbeitete als Geophysiker. Nachdem die Arbeit sein Interesse nicht behalten konnte, bewarb er sich und wurde in das Graduiertenprogramm in Mathematik bei aufgenommen Princeton Universität.[10]

Als Doktorand studierte Bardeen Mathematik und Physik. Unter Physiker Eugene WignerEr schrieb seine am Ende These auf ein Problem in Festkörperphysik. Bevor er seine These abgeschlossen hatte, wurde ihm eine Position als Junior Fellow der angeboten Society of Fellows an der Harvard University 1935. Er verbrachte die nächsten drei Jahre dort von 1935 bis 1938 und arbeitete mit TO-TO-Arbeiten Nobelpreisträger in der Physik John Hasbrouck van Vleck und Percy Williams Bridgman Bei Problemen in Bezug auf Zusammenhalt und elektrische Leitung in Metallen und auch einige Arbeiten an der Niveau -Dichte von Kernen. Er erhielt seine Ph.D. in Mathematische Physik aus Princeton im Jahr 1936.[9]

Karriere und Forschung

Dienst des Zweiten Weltkriegs

Von 1941 bis 1944 leitete Bardeen die Gruppe, an der arbeite Magnetische Minen und Torpedos und meine und torpedo Gegenmaßnahmen am Labor der Marineordnance. In dieser Zeit brachte seine Frau Jane einen Sohn (Bill, geboren 1941) und eine Tochter (Betsy, geboren 1944).[13]

Bell Labs

John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain in Bell Labs, 1948

Im Oktober 1945 begann Bardeen mit der Arbeit bei Bell Labs. Er war Mitglied von a Festkörperphysik Gruppe, angeführt von William Shockley und Chemiker Stanley Morgan. Andere Mitarbeiter, die in der Gruppe arbeiteten Walter Brattain, Physiker Gerald Pearson, Chemiker Robert Gibney, Elektronikexperte Hilbert Moore und mehrere Techniker. Er zog seine Familie auf Gipfel, New Jersey.[14]

Die Zuordnung der Gruppe bestand darin, eine Festkörperalternative zu zerbrechlichem Glas zu suchen Vakuumröhre Verstärker. Ihre ersten Versuche basierten auf Shockleys Ideen zur Verwendung eines externen elektrischen Feldes auf a Halbleiter seine Leitfähigkeit beeinflussen. Diese Experimente scheiterten jedes Mal in allen möglichen Konfigurationen und Materialien auf mysteriöse Weise. Die Gruppe war im Stillstand, bis Bardeen eine Theorie vorschlug, die auf Oberflächenzustände aufgerufen wurde, die das Feld daran hinderte, in den Halbleiter zu durchdringen. Die Gruppe änderte ihren Fokus auf die Untersuchung dieser Oberflächenzustände und trafen sich fast täglich, um die Arbeit zu erörtern. Die Beziehung der Gruppe war ausgezeichnet und Ideen wurden frei ausgetauscht.[15] Bis zum Winter 1946 hatten sie genügend Ergebnisse, die Bardeen ein Papier auf den Oberflächenzuständen einreichte Physische Bewertung. Brattain begann mit Experimenten, um die Oberflächenzustände durch Beobachtungen zu untersuchen, während sie ein helles Licht auf die Oberfläche des Halbleiters leuchteten. Dies führte zu mehreren weiteren Papieren (einer von ihnen war mit Shockley mitverfasst), was die Dichte der Oberflächenzustände so schätzte, dass sie mehr als genug sind, um ihre fehlgeschlagenen Experimente zu berücksichtigen. Das Tempo der Arbeit wurde erheblich aufgegriffen, als sie anfingen, Punktkontakte zwischen dem Halbleiter und den leitenden Drähten mit zu umgeben Elektrolyte. Moore baute eine Schaltung, die es ihnen ermöglichte, die Frequenz des Eingangssignals leicht zu variieren, und schlug vor, dass sie verwendet werden Glykol Borat (GU), eine viskose Chemikalie, die nicht verdampfte. Schließlich bekamen sie einige Beweise für die Machtverstärkung, als Pearson auf einen Vorschlag von Shockley handelte.[16] Legen Sie eine Spannung auf einen Tröpfchen Gu über a P - N Junction.

Die Erfindung des Transistors

Hauptartikel: Transistor und Vorgeschichte des Transistors
Eine stilisierte Nachbildung des ersten Transistors, das am 23. Dezember 1947 in Bell Labs erfunden wurde

Am 23. Dezember 1947 arbeiteten Bardeen und Brattain ohne Shockley, als es ihnen gelang, a zu schaffen Punktkontakttransistor Das erreichte eine Verstärkung. Bis zum nächsten Monat, Bell Labs'Patentanwälte begannen, an den Patentanmeldungen zu arbeiten.[17]

Die Anwälte von Bell Labs entdeckten bald, dass Shockleys Field Effect -Prinzip 1930 von erwartet und patentiert worden war Julius Lilienfeld, der seine einreichte Mesfet-ähnlich Patent in Kanada am 22. Oktober 1925.[18]

Shockley übernahm öffentlich den Löwenanteil an der Ehre für die Erfindung des Transistors; Dies führte zu einer Verschlechterung der Beziehung von Bardeen zu Shockley.[19] Bell Labs Management präsentierte jedoch alle drei Erfinder als Team. Shockley wütete und entfroren BARDEEN und Brattain, und er blockierte die beiden im Wesentlichen daran, am Junction -Transistor zu arbeiten. BARDEEN begann eine Theorie für die Superkonditionivität und verließ Bell Labs im Jahr 1951. Brattain weigerte sich, weiter mit Shockley zu arbeiten, und wurde einer anderen Gruppe zugeordnet. Weder Bardeen noch Brattain hatten viel mit der Entwicklung des Transistors über das erste Jahr nach seiner Erfindung zu tun.[20][21]

Der "Transistor" (a Handkoffer von "Transkonduktanz" und "Widerstand") war 1/50 die Größe der Vakuumröhren Es wurde in Fernsehern und Funkgeräten ersetzt, die weitaus weniger Leistung verwendet wurden, war weitaus zuverlässiger und ermöglichte es elektrische Geräte, kompakter zu werden.[8]

Universität von Illinois in Urbana -Champaign

Eine Gedenkplaque, die sich an John Bardeen erinnert und die Theorie der Superkonditionivität, am Universität von Illinois in Urbana -Champaign

Bis 1951 suchte Bardeen nach einem neuen Job. Fred Seitz, ein Freund von Bardeen, überzeugte das Universität von Illinois in Urbana -Champaign BARDEEN zu einem Angebot von 10.000 US -Dollar pro Jahr zu machen. Bardeen nahm das Angebot an und verließ Bell Labs.[17] Er trat 1951 den Ingenieur- und Physikfakultäten an der Universität von Illinois in Urbana -Champaign bei. Er war Professor für Elektrotechnik und Physik in Illinois. Seine Ph.D. Schüler Nick Holonyak (1954) erfand die LED 1962.[5]

In Illinois gründete er zwei große Forschungsprogramme, eines in der Abteilung für Elektrotechnik und eines in der Physikabteilung. Das Forschungsprogramm in der Abteilung für Elektrotechnik befasste sich sowohl mit experimentellen als auch mit theoretischen Aspekten von Halbleitern und dem Forschungsprogramm in der Physikabteilung mit theoretischen Aspekten makroskopischer Quantensysteme, insbesondere der Superkonformität und den Quantenflüssigkeiten.[22]

Von 1951 bis 1975 war er aktiver Professor in Illinois und wurde dann emeritierter Professor.[8] In seinem späteren Leben blieb Bardeen in der akademischen Forschung aktiv. Während dieser Zeit konzentrierte er sich darauf, den Elektronenfluss in zu verstehen Ladungsdichtewellen (CDWS) durch metallische lineare Kettenverbindungen. Seine Vorschläge[23][24][25] Dieser CDW -Elektronentransport ist ein kollektives Quantenphänomen (siehe Makroskopische Quantenphänomene) wurden zunächst mit Skepsis begrüßt.[26] Experimente wurden jedoch 2012 angegeben[27] Zeigen Sie Oszillationen im CDW -Strom gegenüber magnetischem Fluss durch Tantal -Trisulfidringe, ähnlich dem Verhalten von supraleitenden Quanteninterferenzgeräten (siehe TINTENFISCH und Aharonov -Bohm -Effekt), Kreditvergabe an die Idee, dass der kollektive CDW -Elektronentransport grundlegend quantum von Natur aus ist.[28][29] (Sehen Quantenmechanik.) Bardeen setzte seine Forschung in den 1980er Jahren fort und veröffentlichte Artikel in Physische Überprüfungsbriefe[30] und Physik heute[31] Weniger als ein Jahr bevor er starb.

Eine Sammlung von Bardeens persönlichen Papieren wird vom Archiv der University of Illinois abgehalten.[32]

Der Nobelpreis für Physik im Jahr 1956

1956 teilte John Bardeen die Nobelpreis für Physik mit William Shockley des Semiconductor Laboratory of Beckman Instrumente und Walter Brattain von Bell Telefonlabors "für ihre Forschungen zu Halbleitern und ihre Entdeckung des Transistoreffekts".[33]

Bei der Nobelpreiszeremonie in Stockholm, Brattain und Shockley erhielten in dieser Nacht ihre Auszeichnungen von König Gustaf VI. Adolf. Bardeen brachte nur eines seiner drei Kinder zur Nobelpreiszeremonie. König Gustav tadelte Bardeen aus diesem Grund, und Bardeen versicherte dem König, dass er beim nächsten Mal alle seine Kinder zur Zeremonie bringen würde. Er hielt sein Versprechen.[34]

BCS -Theorie

Hauptartikel: BCS -Theorie

Im Jahr 1957 in Zusammenarbeit mit BARDEEN mit Leon Cooper und sein Doktorand John Robert Schrieffervorgeschlagen die Standardtheorie von Supraleitung bekannt als BCS -Theorie (benannt nach ihren Initialen).[8]

Der Nobelpreis für Physik im Jahr 1972

1972 teilte Bardeen die Nobelpreis für Physik mit Leon n Cooper von Universität Brown und John Robert Schrieffer des Universität von Pennsylvania "Für ihre gemeinsam entwickelte Theorie der Supraleitung, die normalerweise als BCS-Theorie bezeichnet wird".[35] Dies war Bardeens zweites Nobelpreis für Physik. Er war der erste, der zwei Nobelpreise im selben Feld gewann.[36] Nur drei andere haben jemals mehr als einen Nobelpreis erhalten.[37]

Bardeen brachte seine drei Kinder zur Nobelpreiszeremonie in Stockholm.[34] Bardeen gab einen Großteil seines Nobelpreisgeldes, um die zu finanzieren Fritz London Gedenkvorlesungen bei Duke University.[38]

Andere Auszeichnungen

BARDEEN wird nicht nur zweimal mit dem Nobelpreis ausgezeichnet, sondern auch zahlreiche weitere Auszeichnungen, darunter:

Xerox

Bardeen war auch ein wichtiger Berater für Xerox Corporation. Obwohl er von Natur aus ruhig war, unternahm er den uncharakteristischen Schritt, Xerox -Führungskräfte zu fordern, ihr kalifornisches Forschungszentrum zu behalten. Xerox Parc, über Wasser, als die Muttergesellschaft misstrauisch war, dass sein Forschungszentrum wenig sein würde.

Persönliches Leben

BARDEEN heiratete Jane Maxwell am 18. Juli 1938. Während seiner Zeit in Princeton traf er Jane während eines Besuchs bei seinen alten Freunden in Pittsburgh.

Bardeen war ein Wissenschaftler mit einer sehr bescheidenen Persönlichkeit. Während er fast 40 Jahre lang als Professor an der Universität von Illinois tätig war, wurde er am besten von Nachbarn in Erinnerung bleiben, weil er Cookouts veranstaltete, wo er Essen für seine Freunde zubereitete, von denen viele seine Leistungen an der Universität nicht bewusst waren. Er fragte immer seine Gäste, ob sie das Hamburger -Brötchen mochten (da er so mochte). Er spielte gern Golf und weitermachen Picknicks mit seiner Familie. Lillian Hoddeson sagte, weil er sich "radikal von dem beliebten Stereotyp von" Genie "unterschieden und nicht daran interessiert war, andere als gewöhnlich zu erscheinen, übersehen ihn die Öffentlichkeit und die Medien oft."[5]

Als Bardeen während eines Interviews von 1988 nach seinen Überzeugungen gefragt wurde, antwortete er: "Ich bin keine religiöse Person und denke also nicht sehr darüber nach." Er hat jedoch auch gesagt: "Ich bin der Meinung, dass die Wissenschaft keine Antwort auf die ultimativen Fragen zur Bedeutung und zum Zweck des Lebens geben kann." Bardeen glaubte an einen Kodex von moralischen Werten und Verhaltensweisen.[43] John Bardeens Kinder wurden von seiner Frau, die die Sonntagsschule unterrichtete, in die Kirche gebracht und war ein Kirchenältester.[44] Trotzdem machten er und seine Frau klar, dass sie kein Vertrauen in ein Leben nach dem Tod und andere religiöse Ideen hatten.[45] Er war der Vater von James M. Bardeen.

Tod

Bardeen starb an Herzkrankheit im Alter von 82 Jahren bei Brigham und Frauenkrankenhaus in Boston, Massachusetts, am 30. Januar 1991.[46] Obwohl er in lebte Champaign-UrbanaEr war zur medizinischen Beratung nach Boston gekommen.[8] Bardeen und seine Frau Jane (1907–1997) sind in begraben Forest Hill Cemetery, Madison, Wisconsin.[47] Sie wurden von drei Kindern überlebt, James, Wilhelm und Elizabeth Bardeen Greytak und sechs Enkelkinder.[8]

Erbe

Gegen Ende dieses Jahrzehnts, als sie anfangen Von der Liste ... Mr. BARDEEN teilte zwei Nobelpreise geteilt und wurde zahlreiche weitere Auszeichnungen erhalten. Aber welche größere Ehre kann es geben, wenn jeder von uns überall um uns herum schauen kann und überall die Erinnerungen an einen Mann sehen, dessen Genie unser Leben länger, gesünder und besser gemacht hat.

—Chicago Tribune Editorial, 3. Februar 1991

Zu Ehren von Professor Bardeen die Ingenieurwesen Viereck An der University of Illinois in Urbana-Champaign wird das Bardeen Quad genannt.

Auch zu Ehren von Bardeen, Sony Corporation hat ab 1990 einen Professorium für 3 Millionen US-Dollar an der University of Illinois in Urbana-Champaign ausgestattet.[46] Die Sony Corporation schuldete einen Großteil seines Erfolgs, die Transistoren von Bardeen in tragbaren Fernseher und Funkgeräten zu kommerzialisieren, und hatte mit Illinois -Forschern zusammengearbeitet. Der derzeitige John Bardeen -Professor ist Nick Holonyak, BARDEens Doktorand und Schützling.

Zum Zeitpunkt des Todes von Bardeen sagte die damalige Universität von Illinois Kanzlerin Morton Weir: "Es ist eine seltene Person, deren Arbeit das Leben eines jeden Amerikaners verändert; Johns hat es getan."[36]

Bardeen wurde an einem 6. März 2008 in den USA geehrt Briefmarke Als Teil der "American Scientists" -Serie, die vom Künstler entworfen wurde Victor Stabin. Die 0,41 -Dollar -Briefmarke wurde bei einer Zeremonie an der Universität von Illinois enthüllt.[48] Sein Zitat lautet: "Der theoretische Physiker John Bardeen (1908–1991) teilte den Nobelpreis in Physik zweimal-1956 als Co-Erfinder des Transistors und 1972 für die Erklärung der Superkonditionivität. Elektronik, von Computern bis hin zu Mikrochips. Zu den verschiedenen Anwendungen der Superkongresslichkeit gehören Infrarotsensoren und medizinische Bildgebungssysteme. " Zu den anderen Wissenschaftlern auf dem Blatt "American Scientists" gehört der Biochemiker Gerty Cori, Chemiker Linus Pauling und Astronom Edwin Hubble.

Verweise

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Externe Links