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約翰·巴丁
美國(guó)物理學(xué)家
約翰·巴丁同志于1991年1月30日去世。
基本信息
| 外文名 | John Bardeen |
| 出生日期 | 1908年5月23日 |
| 去世日期 | 1991年1月30日 |
| 國(guó)籍 | 美國(guó) |
| 性別 | 男 |
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人物生平
教育經(jīng)歷
1923年進(jìn)入威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電機(jī)工程系學(xué)習(xí)，1928年取得學(xué)士學(xué)位。1929年取得碩士學(xué)位，去古爾夫研究實(shí)驗(yàn)室，研究地球物理學(xué)三年。在進(jìn)取心的驅(qū)使下，他又去新澤西州普林斯頓大學(xué)做研究生，鉆研數(shù)學(xué)和物理學(xué)。在那里，尤金·魏格納（Eu9enewi9ne r）把他領(lǐng)入了固體物理學(xué)的大門，正是在這個(gè)領(lǐng)域里，巴丁先后兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。
1935年到1938年期間任哈佛大學(xué)研究員，并于1936年獲得普林斯頓大學(xué)博士學(xué)位。
約翰·巴丁
工作經(jīng)歷
1941年到1945年在華盛頓海軍軍械實(shí)驗(yàn)室工作。
約翰·巴丁活動(dòng)照
1945年到1951年在貝爾電話公司實(shí)驗(yàn)研究所研究半導(dǎo)體及金屬的導(dǎo)電機(jī)制、半導(dǎo)體表面性能等問題。
1947年和同事布拉頓發(fā)明了半導(dǎo)體三極管，一個(gè)月后，肖克利發(fā)明了PN結(jié)晶體管，三人因發(fā)現(xiàn)晶體管效應(yīng)共同獲得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1951年以后，巴丁任伊利諾斯大學(xué)的物理學(xué)教授兼電氣工程教授，退休后擔(dān)任該校的名譽(yù)教授。在伊利諾斯大學(xué)，巴丁幫助制訂了超導(dǎo)性和半導(dǎo)體的研究規(guī)劃，后期的研究興趣主要集中在低溫物理學(xué)的理論方面，包括對(duì)超流體氦B的研究。
個(gè)人生活
1938年與麥克斯韋結(jié)婚，婚后育有兩子一女。業(yè)余時(shí)間巴丁喜歡旅游和打高爾夫球。
主要成就
由于工業(yè)上各種電子管如二極管、三極管、四極管和五極管的制造技術(shù)不斷發(fā)展，在物理學(xué)中便產(chǎn)生了一個(gè)新的學(xué)科，叫做電子學(xué)。借助于各種電子管和適當(dāng)?shù)碾娐罚苋菀讓?shí)現(xiàn)整流、小信號(hào)的放大和產(chǎn)生各種頻率的無(wú)衰減的電振蕩。在電子管中，在不同電極間電的輸運(yùn)是靠真空中的自由電子完成的。但在固體物質(zhì)中，電荷的輸運(yùn)要復(fù)雜得多。純金屬都有很好的導(dǎo)電性，電荷輸運(yùn)是靠金屬中的自由電子完成的。在半導(dǎo)體中，例如摻微量雜質(zhì)砷（或鋼）之類的N型或P型）半導(dǎo)體，電流是靠電子（或空穴）來(lái)傳導(dǎo)的。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體在某些條件下具有很好的整流作用。對(duì)半導(dǎo)體現(xiàn)象進(jìn)一步研究的結(jié)果開拓了物理學(xué)的又一重要領(lǐng)域，即半導(dǎo)體物理學(xué)。由于這門學(xué)科具有明顯的實(shí)用價(jià)值，所以從四十年代開始，許多工業(yè)部門和研究部門對(duì)它進(jìn)行了多方面的深入研究。第二次世界大戰(zhàn)末期，美國(guó)物理學(xué)家肖克利和布拉坦已經(jīng)開始研究半導(dǎo)體材料及其在電子技術(shù)中應(yīng)用的可能性問題。
1945年，巴丁很快參加了這項(xiàng)工作，并在其中起了很大的作用。他提出一個(gè)關(guān)于電子行為性質(zhì)的假
設(shè)，指明了達(dá)到理想固體器件的途徑。他們?nèi)私M成的研究小組在巴丁的這個(gè)假設(shè)下發(fā)現(xiàn)，與電極接觸的特定排列的半導(dǎo)體層，如PNP或NPN排列，不但能起整流作用，而且還可以放大電流或電壓。這樣，他們?nèi)私K于在1947年末發(fā)明了一種半導(dǎo)體器件，用來(lái)代替笨重易碎且效率很低的真空管。他們將這種器件定名為“Transferre sistor9，后來(lái)縮寫為“TranslstorV，中譯名就是晶體三極管。晶體管的三個(gè)電極分別稱為發(fā)射極、基極和集電極，在外加直流電壓的作用下，發(fā)射極發(fā)射載流子（電子或空穴），這些載流子很小一部分流入基圾，絕大部分流入集電極。如果用微弱的外加信號(hào)控制基極電流，那么小的暗電極電流變化會(huì)引起大的暗電極電流的變化，這就是晶體三極管的放大作用。晶體管比普通電子管具有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)，例如功耗低、尺寸小、壽命長(zhǎng)等。晶體管的出現(xiàn)引起了電子技術(shù)的一場(chǎng)大革命，出現(xiàn)了晶體管收音機(jī)、晶體管電視機(jī)和微型電子計(jì)算機(jī)等。這場(chǎng)革命一直延續(xù)到現(xiàn)在，從分立晶體管發(fā)展到集成電路，從小規(guī)模集成電路發(fā)展到中規(guī)模、大規(guī)模和目前的超大規(guī)模集成電路。
約翰·巴丁授課
BCS理論
后來(lái)，巴丁又與庫(kù)珀和斯里弗密切合作，在1957年提出BCS理論，成功地解釋了幾十年來(lái)許多科學(xué)家，其中至少包括五位諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金獲得者沒能解釋的超導(dǎo)現(xiàn)象。Bcs是他們?nèi)说男誃ardeen、Cooper和Schrieffer的字首縮寫，而BCS理論就是巴丁—庫(kù)珀—斯里弗理論。他們?nèi)丝胺Q科學(xué)史上老年科學(xué)家與青年科學(xué)家相結(jié)合的典范。
大約在1950年，美國(guó)標(biāo)難局的E.麥克斯韋（E．Maxwell）和拉特格斯大學(xué)的塞林(B.serin）領(lǐng)導(dǎo)下的一個(gè)小組分別獨(dú)立發(fā)現(xiàn)，某一金屬出現(xiàn)超導(dǎo)性時(shí)的溫度是與這個(gè)金屬的原子量成反比例的。塞林打電話給巴丁，把這個(gè)發(fā)現(xiàn)告訴他，巴丁一聽到這個(gè)消息，立即想到必須把電子—聲子相互作用包含在內(nèi)，即必須考慮金屬晶格中的原子對(duì)傳導(dǎo)電子的效應(yīng)。但是，這些早期的嘗試未能成功地解釋超導(dǎo)性。
1956年，年僅二十六歲的伊利諾斯大學(xué)的副研究員庫(kù)珀指出，金屬中具有費(fèi)米能級(jí)附近能量的兩個(gè)電子，彼此松散地吸引對(duì)方，會(huì)形成一種共振態(tài)，叫做一個(gè)“庫(kù)珀對(duì)”。下一年，巴丁和當(dāng)時(shí)還是研究生的斯里弗把庫(kù)珀的想法應(yīng)用于多個(gè)電子，指出所有傳導(dǎo)電子如何可以形成一種新的合作狀態(tài)。按照這個(gè)模型，在金屬中正常移
動(dòng)的自由電子是成對(duì)稻合的，并同金屬品格相互作用。這些電子對(duì)具有共同的動(dòng)量，它們并不隨意地受個(gè)別電子隨機(jī)散射的影響，所以，有效電阻是零。自從量子理論發(fā)展以來(lái)，BCS理論被稱為是對(duì)理論物理學(xué)的最重要貢獻(xiàn)之一。由于BCS理論的指導(dǎo)，超導(dǎo)體已可以在稍高的溫度下形成，制成了這樣的超導(dǎo)合金。因此，對(duì)超導(dǎo)性的神話般的研究已導(dǎo)致種種實(shí)用成果，如超導(dǎo)磁鐵、超導(dǎo)體電子計(jì)算機(jī)，功率傳輸線等。美國(guó)IBM公司集中了很大力量，已使超導(dǎo)計(jì)算機(jī)得到了很大發(fā)展。
約翰·巴丁相關(guān)書籍
巴丁教授在二十多年前就提出了量子尺寸效應(yīng)，這問題近年在美國(guó)和國(guó)際上頗受重視。他還提出利用量子尺寸效應(yīng)的原理研究制造所謂的GaAs—0aAlAs多層量子5ff異質(zhì)結(jié)激光器。雖然倫敦曾把超導(dǎo)體看作“微觀尺度上的量子結(jié)構(gòu)”，卻是約瑟夫遜（B．Josephson）利用BCS理論來(lái)預(yù)言微觀現(xiàn)象，并制成約瑟夫遜結(jié)。約瑟夫遜效應(yīng)制成的靈敏器件可以測(cè)量電流、電壓和磁場(chǎng)等。BCS理論的建立引起了大量更加深入的探索，由于這一貢獻(xiàn)，三人于1972年共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。
社會(huì)任職
約翰·巴丁，1959—1962年間，任美國(guó)總統(tǒng)科學(xué)咨詢委員會(huì)委員。
1960年以后，任羅徹斯特靜電復(fù)印公司的經(jīng)理。他是美國(guó)國(guó)立科學(xué)院院士，美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)、物理學(xué)
會(huì)和哲學(xué)學(xué)會(huì)的會(huì)員，并曾擔(dān)任過美國(guó)物理學(xué)會(huì)的主席。
約翰·巴丁研究
社會(huì)活動(dòng)
1980年5月，巴丁應(yīng)中華人民共和國(guó)教育部和 北京大學(xué)校長(zhǎng)周培源的邀請(qǐng)來(lái)中國(guó)講學(xué)。在北京大學(xué)講學(xué)期間，作了有關(guān)“超導(dǎo)問題的發(fā)展和近況”、“超導(dǎo)計(jì)算機(jī)發(fā)展近況”以及“量子階異質(zhì)結(jié)激光器”等方面的報(bào)告。巴丁特別提到超導(dǎo)應(yīng)用目前有大功率（兆瓦）和小功率（微瓦）兩個(gè)方面，前一方面主要是超導(dǎo)磁體的各種應(yīng)用，近年的發(fā)展比人們預(yù)期的慢；后者是超導(dǎo)性用于電子器件，發(fā)展比人們預(yù)期的快。
參考資料
[1]
諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主約翰·巴丁出生 · 歷史上的今天[引用日期2014-05-23]
[2]
全世界唯一兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的人 · 搜狐[引用日期2021-04-05]
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