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約翰·巴丁
美國物理學(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 |
| 國籍 | 美國 |
| 性別 | 男 |
展開(kāi)
人物生平
教育經(jīng)歷
1923年進(jìn)入威斯康星大學(xué)麥迪遜分校電機工程系學(xué)習，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)驗室，研究地球物理學(xué)三年。在進(jìn)取心的驅使下，他又去新澤西州普林斯頓大學(xué)做研究生，鉆研數學(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(mén)，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)驗室工作。
約翰·巴丁活動(dòng)照
1945年到1951年在貝爾電話(huà)公司實(shí)驗研究所研究半導體及金屬的導電機制、半導體表面性能等問(wèn)題。
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性和半導體的研究規劃，后期的研究興趣主要集中在低溫物理學(xué)的理論方面，包括對超流體氦B的研究。
個(gè)人生活
1938年與麥克斯韋結婚，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的電路，很容易實(shí)現整流、小信號的放大和產(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，電荷的輸運要復雜得多。純金屬都有很好的導電性，電荷輸運是靠金屬中的自由電子完成的。在半導體中，例如摻微量雜質(zhì)砷（或鋼）之類(lèi)的N型或P型）半導體，電流是靠電子（或空穴）來(lái)傳導的。后來(lái)又發(fā)現半導體在某些條件下具有很好的整流作用。對半導體現象進(jìn)一步研究的結果開(kāi)拓了物理學(xué)的又一重要領(lǐng)域，即半導體物理學(xué)。由于這門(mén)學(xué)科具有明顯的實(shí)用價(jià)值，所以從四十年代開(kāi)始，許多工業(yè)部門(mén)和研究部門(mén)對它進(jìn)行了多方面的深入研究。第二次世界大戰末期，美國物理學(xué)家肖克利和布拉坦已經(jīng)開(kāi)始研究半導體材料及其在電子技術(shù)中應用的可能性問(wèn)題。
1945年，巴丁很快參加了這項工作，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，指明了達到理想固體器件的途徑。他們三人組成的研究小組在巴丁的這個(gè)假設下發(fā)現，與電極接觸的特定排列的半導體層，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，他們三人終于在1947年末發(fā)明了一種半導體器件，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(xiě)為“TranslstorV，中譯名就是晶體三極管。晶體管的三個(gè)電極分別稱(chēng)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(cháng)等。晶體管的出現引起了電子技術(shù)的一場(chǎng)大革命，出現了晶體管收音機、晶體管電視機和微型電子計算機等。這場(chǎng)革命一直延續到現在，從分立晶體管發(fā)展到集成電路，從小規模集成電路發(fā)展到中規模、大規模和目前的超大規模集成電路。
約翰·巴丁授課
BCS理論
后來(lái)，巴丁又與庫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)獎金獲得者沒(méi)能解釋的超導現象。Bcs是他們三人的姓Bardeen、Cooper和Schrieffer的字首縮寫(xiě)，而B(niǎo)CS理論就是巴丁—庫珀—斯里弗理論。他們三人堪稱(chēng)科學(xué)史上老年科學(xué)家與青年科學(xué)家相結合的典范。
大約在1950年，美國標難局的E.麥克斯韋（E．Maxwell）和拉特格斯大學(xué)的塞林(B.serin）領(lǐng)導下的一個(gè)小組分別獨立發(fā)現，某一金屬出現超導性時(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(huà)給巴丁，把這個(gè)發(fā)現告訴他，巴丁一聽(tīng)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，即必須考慮金屬晶格中的原子對傳導電子的效應。但是，這些早期的嘗試未能成功地解釋超導性。
1956年，年僅二十六歲的伊利諾斯大學(xué)的副研究員庫珀指出，金屬中具有費米能級附近能量的兩個(gè)電子，彼此松散地吸引對方，會(huì )形成一種共振態(tài)，叫做一個(gè)“庫珀對”。下一年，巴丁和當時(shí)還是研究生的斯里弗把庫珀的想法應用于多個(gè)電子，指出所有傳導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)的自由電子是成對稻合的，并同金屬品格相互作用。這些電子對具有共同的動(dòng)量，它們并不隨意地受個(gè)別電子隨機散射的影響，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(chēng)為是對理論物理學(xué)的最重要貢獻之一。由于BCS理論的指導，超導體已可以在稍高的溫度下形成，制成了這樣的超導合金。因此，對超導性的神話(huà)般的研究已導致種種實(shí)用成果，如超導磁鐵、超導體電子計算機，功率傳輸線(xiàn)等。美國IBM公司集中了很大力量，已使超導計算機得到了很大發(fā)展。
約翰·巴丁相關(guān)書(shū)籍
社會(huì )任職
約翰·巴丁，1959—1962年間，任美國總統科學(xué)咨詢(xún)委員會(huì )委員。
1960年以后，任羅徹斯特靜電復印公司的經(jīng)理。他是美國國立科學(xué)院院士，美國科學(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，并曾擔任過(guò)美國物理學(xué)會(huì )的主席。
約翰·巴丁研究
社會(huì )活動(dòng)
參考資料
[1]
諾貝爾物理學(xué)獎得主約翰·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)獎的人 · 搜狐[引用日期2021-04-05]
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