约翰·巴丁

约翰·巴丁（英语：John Bardeen，1908年5月23日－1991年1月30日），美国物理学家，因发明晶体管及其相关效应；超导的BCS理论分别在1956年、1972年2次获得诺贝尔物理学奖。1908年5月23日，约翰·巴丁出生在威斯康星州麦迪逊市。他是父亲查尔斯·罗素·巴丁（Charles Russell Bardeen）博士与母亲海伦·哈默（Althea Harmer）的第2个儿子。他的父亲是威斯康星大学麦迪逊分校解剖学教授和第1任医学院院长。他的母亲海伦·巴丁结婚前曾任教于杜威实验学校（J. Dewey The laboratory school，即今日芝加哥大学实验学校（英语：University of Chicago Laboratory Schools）），从事室内装潢业务。结婚后她是一个艺术界活跃人物。约翰·巴丁的很早就显现数学才能。他的七年级数学老师鼓励巴丁继续进修。约翰·巴丁12岁时，母亲因患癌症而病重。巴丁在麦迪逊市的一所大学附属高中就读。他也同时参加了另一所高中的额外课程。他的母亲在此期间去世。1923年，他从高中毕业，时年15岁。1923年，他考入威斯康星大学麦迪逊分校电机工程系。因为他不想像父亲一样成为学者，所以选择了具有更好就业前景的工程学。大学期间，他参加了高校兄弟会“Zeta Psi”和高校学生荣誉组织“Tau Beta Pi”。他在本科阶段参加了所有自己感兴趣的数理方向的硕士研究生课程。他曾花费了1年时间在芝加哥工作，结果多拖了1年才毕业。1928年，巴丁获得电气工程理学士学位。因学识积累丰富，他在威斯康辛大学升学就读硕士1年之后（1929年），就在列欧·皮特兹（Leo J. Peters）的指导下取得了电气工程硕士学位。他的导师数学是沃伦·韦弗和爱德华·凡弗莱克。他的主要物理导师是约翰·哈斯·布劳克·凡弗莱克，保罗·狄拉克、沃纳·海森堡和阿诺·索末菲也影响他很多。1929年，巴丁未能进入剑桥大学三一学院就读，留在威斯康星大学进行研究,担任电机工程研究助理。后来，他去了海湾石油（英语：Gulf Oil）公司的研究部门“匹兹堡大学海湾研究实验中心”（University of Pittsburgh Applied Research Center）。1930年到1933年，巴丁在那里参与地球磁场及重力场勘测方法的研究。对工作厌倦之后，他于1933年又前往普林斯顿大学读博士。巴丁的论文选题方向是固态物理，导师是尤金·维格纳。1935年，还在完成论文的他收到了来自哈佛才俊协会（Society of Fellows at Harvard University）的邀请，并成为其初级研究会员。1935年到1938年，他在哈佛与约翰·凡扶累克和珀西·布里奇曼等人合作研究金属的内聚和导电性和原子核能级密度。1936年，他获得普林斯顿大学数学物理博士学位。1938年到1941年间，巴丁担任明尼苏达大学助理教授，1941年到1945年在华盛顿海军军械实验室工作。1945年10月，约翰·巴丁在贝尔电话公司实验研究所研究半导体及金属的导电机制、半导体表面性能等问题。巴丁是固态物理组的成员。组长是威廉·肖克利和化学家斯坦利·摩根（Stanley Morgan）。其他组员还包括沃尔特·布拉顿、物理学家杰拉尔德·皮尔逊（Gerald Pearson），化学家罗伯特·吉尼（Robert Gibney），电子专家希尔伯特·摩尔（Hilbert Moore）和几个技术员。他搬家到新泽西州萨米市（英语：Summit, New Jersey）。巴丁在马萨诸塞州学校认识肖克利。巴丁在普林斯顿大学时代通过布拉顿的兄弟鲍勃·布拉顿认识了布拉顿。鲍勃·布拉顿也是普林斯顿大学的学生。无论是在实验室或高尔夫球场，巴丁和布拉顿在周末把所有时间都放在实验和组织理论。该小组的任务是寻求一种固态放大器来取代易碎的真空管放大器。他们的第1个尝试是根据肖克利的构想，使用从外部施加的电场来影响半导体的导电性。这些实验用遍了各种材料和搭配，但是都失败了。等到巴丁提出一种有关表面态的理论，研究才开始出现转机。巴丁猜想半导体物质的表面存在着一种机制，能激发出一种可防止自身被外场贯穿的特殊状态。小组于是将研究重点改为材料的表面状态，之后几乎每日都有长谈。小组的交流气氛很棒，众人都能各抒己见。到1946年冬，巴丁他们已经有足够多的研究成果，于是向《物理评论》提交了一篇关于表面态的论文。布拉顿开始研究当亮光照射在半导体表面状态时，其表面态有何可观察的物理变化。这项研究又多产出了几篇论文（其中有一篇有肖克利参与），不仅能更充分地解释他们之前实验失败的原因，还能估计表面态的分布密度。这些工作涉及到半导体、导线和电解质之间的点接触（point contacts），向前迈进了一大步。摩尔建立了一种易于调节频率的电路，并建议使用一种不易蒸发的化学物质硼酸二醇（glycol borate，gu）。最终，当皮尔逊经肖克利的提醒，在P-N结两端的gu液滴上施加电压时，他们发现了显示能量已增幅的迹象。1947年，巴丁和布拉顿发明了半导体三极管（双极性晶体管）。一个月后，肖克利发明了P-N结晶体管。晶体管效应的发现导致三人后来共同获得了1956年诺贝尔物理学奖。在1951年，巴丁的朋友佛莱德·锡思帮巴丁说服伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，提供巴丁一份年薪一万元的工作。巴丁由于和肖克利不合，接受了聘用后，离开贝尔实验室，进入伊利诺大学香槟分校电机学院和物理学院担任教授。巴丁建立了2个主要研究计划，一个计划在电机系，另一个在物理系。电机系的研究计划是关于半导体实验和理论，物理系的研究计划是关于宏观量子理论，特别是量子超导性和量子液体。他的第1个博士学生正是后来在1962年发明了LED的尼克·何伦亚克。1950年代早期，巴丁就已经开始考虑超导电性的问题。他意识到电子与声子的相互作用是解决问题的关键。1953年，约翰·施里弗来到伊利诺大学，在巴丁的指导下攻读物理学博士学位，并选择超导问题作为博士论文题目。在普林斯顿高等研究院的杨振宁推荐下，刚从哥伦比亚大学获得博士学位不久的利昂·库珀开始与巴丁和施里弗进行合作。1957年，巴丁和库珀、施里弗共同创立了BCS理论，对超导电性做出了合理的解释。他们三人后来也因此获得1972年诺贝尔物理学奖。巴丁也成为第一位，也是目前为止唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人。巴丁在1951-1975年间非常活跃，之后更成为荣誉教授。1938年，巴丁与简·麦克斯韦（Jane Maxwell）结婚，婚后育有两子一女。巴丁业余时间喜欢旅游和高尔夫球。1901年：伦琴 / 1902年：洛伦兹、塞曼 / 1903年：贝克勒、皮埃尔·居里、玛丽·居里 / 1904年：瑞利 / 1905年：菲利普·莱纳德 / 1906年：汤姆孙 / 1907年：迈克耳孙 / 1908年：李普曼 / 1909年：马可尼、布劳恩 / 1910年：范德瓦耳斯 / 1911年：维恩 / 1912年：达伦 / 1913年：昂内斯 / 1914年：劳厄 / 1915年：劳伦斯·布拉格、亨利·布拉格 / 1917年：巴克拉 / 1918年：普朗克 / 1919年：施塔克 / 1920年：纪尧姆 / 1921年：爱因斯坦 / 1922年：玻尔 / 1923年：密立根 / 1924年：西格巴恩 / 1925年：弗兰克、赫兹1926年：让·佩兰 / 1927年：康普顿、威耳逊 / 1928年：理查森 / 1929年：德布罗意 / 1930年：拉曼 / 1932年：海森堡 / 1933年：薛定谔、狄拉克 / 1935年：查德威克 / 1936年：赫斯、安德森 / 1937年：戴维孙、汤姆孙 / 1938年：费米 / 1939年：劳伦斯 / 1943年：施特恩 / 1944年：拉比 / 1945年：泡利 / 1946年：布里奇曼 / 1947年：阿普尔顿 / 1948年：布莱克特 / 1949年：汤川秀树 / 1950年：鲍威尔1951年：考克饶夫、沃尔顿 / 1952年：布洛赫、珀塞尔 / 1953年：泽尔尼克 / 1954年：玻恩、博特 / 1955年：兰姆、库施 / 1956年：肖克利、巴丁、布拉顿 / 1957年：杨振宁、李政道 / 1958年：切连科夫、弗兰克、塔姆 / 1959年：塞格雷、张伯伦 / 1960年：格拉泽 / 1961年：霍夫施塔特、穆斯堡尔 / 1962年：朗道 / 1963年：维格纳、梅耶、延森 / 1964年：汤斯、巴索夫、普罗霍罗夫 / 1965年：朝永振一郎、施温格、费曼 / 1966年：卡斯特勒 / 1967年：贝特 / 1968年：阿尔瓦雷茨 / 1969年：盖尔-曼 / 1970年：阿耳文、奈尔 / 1971年：伽博 / 1972年：巴丁、库珀、施里弗 / 1973年：江崎玲于奈、贾埃弗、约瑟夫森 / 1974年：赖尔、休伊什 / 1975年：玻尔、莫特森、雷恩沃特1976年：里克特、丁肇中 / 1977年：安德森、莫特、范扶累克 / 1978年：卡皮察、彭齐亚斯、威尔逊 / 1979年：格拉肖、萨拉姆、温伯格 / 1980年：克罗宁、菲奇 / 1981年：布隆伯根、肖洛、西格巴恩 / 1982年：威尔森 / 1983年：钱德拉塞卡、福勒 / 1984年：鲁比亚、范德梅尔 / 1985年：克利青 / 1986年：鲁斯卡、宾宁、罗雷尔 / 1987年：贝德诺尔茨、米勒 / 1988年：莱德曼、施瓦茨、施泰因贝格尔 / 1989年：拉姆齐、德默尔特、保罗 / 1990年：弗里德曼、肯德尔、泰勒 / 1991年：德热纳 / 1992年：夏帕克 / 1993年：赫尔斯、泰勒 / 1994年：布罗克豪斯、沙尔 / 1995年：佩尔、莱因斯 / 1996年：李、奥谢罗夫、理查森 / 1997年：朱棣文、科昂-唐努德日、菲利普斯 / 1998年：劳夫林、施特默、崔琦 / 1999年：胡夫特、韦尔特曼 / 2000年：阿尔费罗夫、克勒默、基尔比2001年：康奈尔、克特勒、威曼 / 2002年：戴维斯、小柴昌俊、贾科尼 / 2003年：阿布里科索夫、金兹堡、莱格特 / 2004年：格娄斯、波利策、韦尔切克 / 2005年：格劳伯、霍尔、亨施 / 2006年：马瑟、斯穆特 / 2007年：费尔、格林贝格 / 2008年：南部阳一郎、小林诚、益川敏英 / 2009年：史密斯、博伊尔、高锟 / 2010年：海姆、诺沃肖洛夫 / 2011年：珀尔马特、施密特、里斯 / 2012年：阿罗什、瓦恩兰 / 2013年：恩格勒、希格斯 / 2014年：赤崎勇、天野浩、中村修二 / 2015年：梶田隆章、麦克唐纳 / 2016年：索利斯、霍尔丹、科斯特利茨 / 2017年：魏斯、巴里什、索恩 / 2018年：阿什金、穆鲁、斯特里克兰 / 2019年：皮布尔斯、奎洛兹、麦耶