John Bardeen- John Bardeen

John Bardeen
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Geboren ( 1908-05-23 )23. Mai 1908
Ist gestorben 30. Januar 1991 (1991-01-30)(Alter 82)
Ausbildung University of Wisconsin ( BS , MS )
Princeton University ( PhD )
Bekannt für
Ehepartner
Jane Maxwell
( M.  1938 )
Kinder
Auszeichnungen
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder Physik
Institutionen Bell Telephone Laboratories
University of Illinois at Urbana-Champaign
These Quantentheorie der Austrittsarbeit  (1936)
Doktoratsberater Eugen Wigner
Doktoranden

John Bardeen ( / b ɑːr d i n / ; 23. Mai 1908 - 30. Januar 1991) war ein amerikanischer Ingenieur und Physiker . Er ist der einzige, dem zweimal der Nobelpreis für Physik verliehen wurde: erstmals 1956 mit William Shockley und Walter Brattain für die Erfindung des Transistors ; und 1972 erneut mit Leon N Cooper und John Robert Schrieffer für eine grundlegende Theorie der konventionellen Supraleitung, die als BCS-Theorie bekannt ist .

Der Transistor revolutionierte die Elektronikindustrie, ermöglichte die Entwicklung fast aller modernen elektronischen Geräte, vom Telefon bis zum Computer , und leitete das Informationszeitalter ein . Bardeens Entwicklungen auf dem Gebiet der Supraleitung – für die er seinen zweiten Nobelpreis erhielt – werden in der Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) und der medizinischen Magnetresonanztomographie (MRT) verwendet.

Geboren und aufgewachsen in Wisconsin , promovierte Bardeen in Physik an der Princeton University . Nach seinem Dienst im Zweiten Weltkrieg war er Forscher bei Bell Labs und Professor an der University of Illinois . 1990 erschien Bardeen auf der Liste der „100 einflussreichsten Amerikaner des Jahrhunderts“ des Life- Magazins.

Bildung und frühes Leben

Bardeen wurde am 23. Mai 1908 in Madison, Wisconsin , geboren. Er war der Sohn von Charles Bardeen , dem ersten Dekan der University of Wisconsin Medical School.

Bardeen besuchte die University High School in Madison. 1923 schloss er die Schule im Alter von 15 Jahren ab. Er hätte auch mehrere Jahre früher abschließen können, aber dies wurde verschoben, weil er Kurse an einem anderen Gymnasium belegte und wegen des Todes seiner Mutter. Er trat 1923 an die University of Wisconsin ein. Während seines Colleges trat er der Zeta Psi- Bruderschaft bei. Die nötigen Mitgliedsbeiträge brachte er zum Teil durch Billardspielen auf. Er wurde als Mitglied der Tau Beta Pi Engineering Ehrengesellschaft initiiert . Er entschied sich für Ingenieurwissenschaften, weil er kein Akademiker wie sein Vater werden wollte. Er war auch der Meinung, dass Ingenieure gute Berufsaussichten haben.

Bardeen erhielt 1928 seinen Bachelor of Science in Elektrotechnik von der University of Wisconsin-Madison . Er schloss sein Studium 1928 ab, obwohl er ein Jahr pausierte, um in Chicago zu arbeiten. Er belegte alle Studiengänge in Physik und Mathematik, die ihn interessiert hatten, und schloss sein Studium in fünf statt in vier Jahren ab. Dadurch konnte er seine Masterarbeit anfertigen, die von Leo J. Peters betreut wurde. Er erhielt 1929 seinen Master of Science in Elektrotechnik in Wisconsin.

Bardeen vertiefte seine Studien, indem er in Wisconsin blieb, aber schließlich ging er zu den Gulf Research Laboratories , dem Forschungszweig der Gulf Oil Corporation mit Sitz in Pittsburgh . Von 1930 bis 1933 arbeitete Bardeen dort an der Entwicklung von Methoden zur Interpretation magnetischer und gravitativer Vermessungen. Er arbeitete als Geophysiker. Nachdem die Arbeit sein Interesse nicht aufrechterhalten konnte, bewarb er sich und wurde in das Graduiertenprogramm in Mathematik an der Princeton University aufgenommen .

Als Doktorand studierte Bardeen Mathematik und Physik. Bei dem Physiker Eugene Wigner schrieb er schließlich seine Doktorarbeit über ein Problem der Festkörperphysik . Vor Abschluss seiner Dissertation erhielt er 1935 eine Stelle als Junior Fellow der Society of Fellows an der Harvard University . Dort verbrachte er die nächsten drei Jahre, von 1935 bis 1938, mit dem angehenden Physik - Nobelpreisträger John Hasbrouck van Vleck und Percy Williams Bridgman über Probleme der Kohäsion und der elektrischen Leitung in Metallen und arbeiteten auch an der Niveaudichte von Kernen. Er erhielt seinen Ph.D. in mathematischer Physik von Princeton im Jahr 1936.

Karriere und Forschung

Dienst im Zweiten Weltkrieg

Von 1941 bis 1944 leitete Bardeen die Gruppe, die an magnetischen Minen und Torpedos und Minen- und Torpedoabwehrmaßnahmen im Naval Ordnance Laboratory arbeitete . In dieser Zeit brachte seine Frau Jane einen Sohn (Bill, Jahrgang 1941) und eine Tochter (Betsy, Jahrgang 1944) zur Welt.

Bell Labs

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

Im Oktober 1945 begann Bardeen bei Bell Labs zu arbeiten . Er war Mitglied einer Gruppe für Festkörperphysik , die von William Shockley und dem Chemiker Stanley Morgan geleitet wurde. Weitere Mitarbeiter der Gruppe waren Walter Brattain , der Physiker Gerald Pearson , der Chemiker Robert Gibney, der Elektronikexperte Hilbert Moore und mehrere Techniker. Er zog mit seiner Familie nach Summit, New Jersey .

Die Aufgabe der Gruppe bestand darin, eine Solid-State-Alternative zu zerbrechlichen Glas- Vakuumröhrenverstärkern zu suchen . Ihre ersten Versuche basierten auf Shockleys Ideen, ein externes elektrisches Feld an einem Halbleiter zu verwenden, um seine Leitfähigkeit zu beeinflussen. Diese Experimente scheiterten auf mysteriöse Weise jedes Mal in allen möglichen Konfigurationen und Materialien. Die Gruppe stand still, bis Bardeen eine Theorie vorschlug, die Oberflächenzustände hervorrief, die das Feld daran hinderten, den Halbleiter zu durchdringen. Die Gruppe änderte ihren Fokus, um diese Oberflächenzustände zu untersuchen, und sie trafen sich fast täglich, um die Arbeit zu diskutieren. Das Verhältnis der Gruppe war ausgezeichnet, und Ideen wurden frei ausgetauscht. Im Winter 1946 hatten sie genügend Ergebnisse, so dass Bardeen bei Physical Review ein Papier über die Oberflächenzustände einreichte . Brattain begann Experimente, um die Oberflächenzustände durch Beobachtungen zu untersuchen, die er machte, während er ein helles Licht auf die Oberfläche des Halbleiters richtete. Dies führte zu mehreren weiteren Veröffentlichungen (eine davon gemeinsam mit Shockley verfasst), die die Dichte der Oberflächenzustände als mehr als ausreichend schätzten, um ihre fehlgeschlagenen Experimente zu erklären. Das Tempo der Arbeit nahm deutlich zu, als sie anfingen, Punktkontakte zwischen dem Halbleiter und den leitenden Drähten mit Elektrolyten zu umgeben . Moore baute eine Schaltung, die es ihnen ermöglichte, die Frequenz des Eingangssignals leicht zu variieren, und schlug vor, Glykolborat (gu) zu verwenden, eine viskose Chemikalie, die nicht verdunstet. Schließlich begannen sie, einige Hinweise auf eine Leistungsverstärkung zu erhalten, als Pearson auf Vorschlag von Shockley eine Spannung an ein Tröpfchen von gu anlegte, das über einen p-n-Übergang gelegt wurde .

Die Erfindung des Transistors

Eine stilisierte Nachbildung des ersten Transistors, der am 23. Dezember 1947 in den Bell Labs erfunden wurde

Am 23. Dezember 1947 arbeiteten Bardeen und Brattain ohne Shockley, als es ihnen gelang, einen Punktkontakttransistor zu entwickeln , der eine Verstärkung erreichte. Im nächsten Monat begannen die Patentanwälte von Bell Labs mit der Arbeit an den Patentanmeldungen.

Die Anwälte von Bell Labs entdeckten bald, dass das Feldeffektprinzip von Shockley im Jahr 1930 von Julius Lilienfeld vorweggenommen und patentiert worden war , der sein MESFET- ähnliches Patent am 22. Oktober 1925 in Kanada einreichte .

Shockley machte sich öffentlich den Löwenanteil für die Erfindung des Transistors zu eigen; dies führte zu einer Verschlechterung von Bardeens Beziehung zu Shockley. Das Management von Bell Labs stellte jedoch alle drei Erfinder konsequent als Team vor. Shockley machte Bardeen und Brattain schließlich wütend und entfremdete sie, und er blockierte die beiden im Wesentlichen daran, an dem Sperrschichttransistor zu arbeiten. Bardeen begann eine Theorie der Supraleitung zu verfolgen und verließ Bell Labs 1951. Brattain weigerte sich, weiter mit Shockley zusammenzuarbeiten und wurde einer anderen Gruppe zugeteilt. Weder Bardeen noch Brattain hatten über das erste Jahr nach seiner Erfindung hinaus viel mit der Entwicklung des Transistors zu tun.

Der "Transistor" (eine Kombination aus "Transkonduktanz" und "Widerstand") war 1/50 so groß wie die Vakuumröhren, die er in Fernsehern und Radios ersetzte, verbrauchte viel weniger Strom, war viel zuverlässiger und ermöglichte es, elektrische Geräte zu werden kompakter.

Universität von Illinois in Urbana–Champaign

Eine Gedenktafel, die an John Bardeen und die Theorie der Supraleitung erinnert, an der University of Illinois at Urbana-Champaign

1951 suchte Bardeen nach einem neuen Job. Fred Seitz, ein Freund von Bardeen, überzeugte die University of Illinois at Urbana-Champaign , Bardeen ein Angebot von 10.000 US-Dollar pro Jahr zu unterbreiten. Bardeen nahm das Angebot an und verließ Bell Labs. Er trat 1951 den Fakultäten für Ingenieurwissenschaften und Physik der University of Illinois in Urbana-Champaign bei. Er war Professor für Elektrotechnik und Physik in Illinois. Sein Ph.D. Der Student Nick Holonyak (1954) erfand 1962 die LED .

In Illinois richtete er zwei große Forschungsprogramme ein, eines im Fachbereich Elektrotechnik und eines im Fachbereich Physik. Das Forschungsprogramm des Fachbereichs Elektrotechnik befasste sich sowohl mit experimentellen als auch theoretischen Aspekten von Halbleitern und das Forschungsprogramm des Fachbereichs Physik befasste sich mit theoretischen Aspekten makroskopischer Quantensysteme, insbesondere Supraleitung und Quantenflüssigkeiten.

Von 1951 bis 1975 war er aktiver Professor in Illinois und wurde dann emeritierter Professor. In seinem späteren Leben blieb Bardeen in der akademischen Forschung aktiv und konzentrierte sich während dieser Zeit auf das Verständnis des Elektronenflusses in Ladungsdichtewellen (CDWs) durch metallische lineare Kettenverbindungen. Seine Vorschläge, dass der CDW-Elektronentransport ein kollektives Quantenphänomen ist (siehe Makroskopische Quantenphänomene ), wurden zunächst mit Skepsis aufgenommen. Im Jahr 2012 berichtete Experimente zeigen jedoch Oszillationen des CDW-Stroms gegenüber dem magnetischen Fluss durch Tantaltrisulfid-Ringe, ähnlich dem Verhalten supraleitender Quanteninterferenzvorrichtungen (siehe SQUID und Aharonov-Bohm-Effekt ), was die Idee glaubhaft macht, dass der kollektive CDW-Elektronentransport grundlegend ist Quanten in der Natur. (Siehe Quantenmechanik .) Bardeen setzte seine Forschungen in den 1980er Jahren fort und veröffentlichte weniger als ein Jahr vor seinem Tod Artikel in Physical Review Letters und Physics Today .

Eine Sammlung von Bardeens persönlichen Papieren wird von den Archiven der University of Illinois aufbewahrt.

Der Nobelpreis für Physik 1956

1956 teilte sich John Bardeen den Nobelpreis für Physik mit William Shockley vom Semiconductor Laboratory of Beckman Instruments und Walter Brattain von Bell Telephone Laboratories „ für ihre Forschungen zu Halbleitern und ihre Entdeckung des Transistoreffekts “.

Bei der Nobelpreisverleihung in Stockholm erhielten Brattain und Shockley in dieser Nacht ihre Auszeichnungen von König Gustaf VI. Adolf . Bardeen brachte nur eines seiner drei Kinder zur Nobelpreisverleihung. König Gustav tadelte Bardeen deswegen, und Bardeen versicherte dem König, dass er das nächste Mal alle seine Kinder zur Zeremonie mitbringen würde. Er hat sein Versprechen gehalten.

BCS-Theorie

1957 schlug Bardeen in Zusammenarbeit mit Leon Cooper und seinem Doktoranden John Robert Schrieffer die Standardtheorie der Supraleitung vor, die als BCS-Theorie bekannt ist (benannt nach ihren Initialen).

Der Nobelpreis für Physik 1972

1972 teilte sich Bardeen den Nobelpreis für Physik mit Leon N Cooper von der Brown University und John Robert Schrieffer von der University of Pennsylvania "für ihre gemeinsam entwickelte Theorie der Supraleitung, die gewöhnlich als BCS-Theorie bezeichnet wird". Dies war Bardeens zweiter Nobelpreis für Physik. Er war der erste Mensch, der zwei Nobelpreise auf demselben Gebiet erhielt. Nur drei weitere haben jemals mehr als einen Nobelpreis erhalten.

Bardeen brachte seine drei Kinder zur Nobelpreisverleihung nach Stockholm. Bardeen spendete viel von seinem Nobelpreisgeld, um die Fritz London Memorial Lectures an der Duke University zu finanzieren .

Andere Auszeichnungen

Bardeen wurde nicht nur zweimal mit dem Nobelpreis ausgezeichnet, sondern hat auch zahlreiche andere Auszeichnungen erhalten, darunter:

Xerox

Bardeen war auch ein wichtiger Berater der Xerox Corporation . Obwohl er von Natur aus ruhig war, unternahm er den ungewöhnlichen Schritt, die Führungskräfte von Xerox zu drängen, ihr kalifornisches Forschungszentrum, Xerox PARC , über Wasser zu halten, als die Muttergesellschaft den Verdacht hatte, dass ihr Forschungszentrum wenig ausmachen würde.

Persönliches Leben

Bardeen heiratete Jane Maxwell am 18. Juli 1938. In Princeton lernte er Jane bei einem Besuch bei seinen alten Freunden in Pittsburgh kennen .

Bardeen war ein Wissenschaftler mit einer sehr bescheidenen Persönlichkeit. Während er fast 40 Jahre lang als Professor an der University of Illinois tätig war, erinnerten sich die Nachbarn am besten an ihn, weil er Grillabende veranstaltete, bei denen er Essen für seine Freunde zubereitete, von denen viele nichts von seinen Leistungen an der Universität wussten. Er fragte seine Gäste immer, ob sie das Hamburgerbrötchen geröstet mochten (da er seine so mochte). Er spielte gerne Golf und machte mit seiner Familie Picknicks . Lillian Hoddeson, eine Historikerin der University of Illinois, die ein Buch über Bardeen geschrieben hat, sagte, dass die Öffentlichkeit und die Medien ihn oft übersehen haben, weil er sich "radikal vom populären Stereotyp des 'Genies' unterschied und nicht daran interessiert war, anders als gewöhnlich zu erscheinen".

Als Bardeen während eines Interviews 1988 nach seinem Glauben gefragt wurde, antwortete er: "Ich bin kein religiöser Mensch und denke daher nicht viel darüber nach". Er sagte aber auch: "Ich habe das Gefühl, dass die Wissenschaft keine Antwort auf die letzten Fragen nach Sinn und Zweck des Lebens geben kann." Bardeen glaubte an einen Kodex moralischer Werte und Verhaltensweisen. John Bardeens Kinder wurden von seiner Frau, die die Sonntagsschule unterrichtete und Kirchenälteste war, in die Kirche gebracht. Trotzdem machten er und seine Frau deutlich, dass sie nicht an ein Leben nach dem Tod und andere religiöse Vorstellungen glaubten.

Tod

Bardeen starb am 30. Januar 1991 im Alter von 82 Jahren im Brigham and Women's Hospital in Boston , Massachusetts , an einer Herzkrankheit . Obwohl er in Champaign-Urbana lebte , war er zu einer medizinischen Beratung nach Boston gekommen. Bardeen und seine Frau Jane (1907–1997) sind auf dem Forest Hill Cemetery in Madison, Wisconsin, begraben. Sie wurden von drei Kindern, James , William und Elizabeth Bardeen Greytak, und sechs Enkelkindern überlebt.

Erbe

Wenn sie gegen Ende dieses Jahrzehnts beginnen, die Namen der Menschen aufzuzählen, die das 20 der Liste ... Herr Bardeen teilte sich zwei Nobelpreise und wurde mit zahlreichen anderen Ehrungen ausgezeichnet. Aber was kann es für eine größere Ehre geben, wenn jeder von uns sich umschauen und überall die Erinnerungen eines Mannes sehen kann, dessen Genie unser Leben länger, gesünder und besser gemacht hat.

— Leitartikel der Chicago Tribune , 3. Februar 1991

Zu Ehren von Professor Bardeen, das Engineering - Viereck an der University of Illinois in Urbana-Champaign die Bardeen Quad genannt.

Ebenfalls zu Ehren von Bardeen stiftete die Sony Corporation ab 1990 einen mit 3 Millionen US-Dollar dotierten John Bardeen-Lehrstuhl an der University of Illinois in Urbana-Champaign mit Illinois-Forschern. Der derzeitige John Bardeen-Professor ist Nick Holonyak , Bardeens Doktorand und Schützling.

Zum Zeitpunkt von Bardeens Tod sagte der damalige Kanzler der University of Illinois, Morton Weir: "Es ist eine seltene Person, deren Arbeit das Leben eines jeden Amerikaners verändert; John hat es getan."

Bardeen wurde auf einer Briefmarke der Vereinigten Staaten vom 6. März 2008 im Rahmen der vom Künstler Victor Stabin entworfenen Serie "American Scientists" geehrt . Die 0,41-Dollar-Marke wurde in einer Zeremonie an der University of Illinois enthüllt. Sein Zitat lautet: „Der theoretische Physiker John Bardeen (1908–1991) erhielt zweimal den Nobelpreis für Physik – 1956 als Miterfinder des Transistors und 1972 für die Erklärung der Supraleitung. Der Transistor ebnete den Weg für alle modernen“ Elektronik, von Computern bis zu Mikrochips. Zu den vielfältigen Anwendungen der Supraleitung gehören Infrarotsensoren und medizinische Bildgebungssysteme." Zu den anderen Wissenschaftlern auf dem Blatt "American Scientists" gehören die Biochemikerin Gerty Cori , der Chemiker Linus Pauling und der Astronom Edwin Hubble .

Verweise

Externe Links

  • Medien im Zusammenhang mit John Bardeen bei Wikimedia Commons