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約翰·巴丁
美國物理學家
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 |
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人物生平
教育經(jīng)歷
1923年進入威斯康星大學麥迪遜分校電機工程系學習，1928年取得學士學位。1929年取得碩士學位，去古爾夫研究實驗室，研究地球物理學三年。在進取心的驅(qū)使下，他又去新澤西州普林斯頓大學做研究生，鉆研數(shù)學和物理學。在那里，尤金·魏格納（Eu9enewi9ne r）把他領入了固體物理學的大門，正是在這個領域里，巴丁先后兩次獲得諾貝爾物理學獎金。
1935年到1938年期間任哈佛大學研究員，并于1936年獲得普林斯頓大學博士學位。
約翰·巴丁
個人生活
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，在物理學中便產(chǎn)生了一個新的學科，叫做電子學。借助于各種電子管和適當?shù)碾娐罚苋菀讓崿F(xiàn)整流、小信號的放大和產(chǎn)生各種頻率的無衰減的電振蕩。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）之類的N型或P型）半導體，電流是靠電子（或空穴）來傳導的。后來又發(fā)現(xiàn)半導體在某些條件下具有很好的整流作用。對半導體現(xiàn)象進一步研究的結(jié)果開拓了物理學的又一重要領域，即半導體物理學。由于這門學科具有明顯的實用價值，所以從四十年代開始，許多工業(yè)部門和研究部門對它進行了多方面的深入研究。第二次世界大戰(zhàn)末期，美國物理學家肖克利和布拉坦已經(jīng)開始研究半導體材料及其在電子技術(shù)中應用的可能性問題。
1945年，巴丁很快參加了這項工作，并在其中起了很大的作用。他提出一個關于電子行為性質(zhì)的假
設，指明了達到理想固體器件的途徑。他們?nèi)私M成的研究小組在巴丁的這個假設下發(fā)現(xiàn)，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?nèi)私K于在1947年末發(fā)明了一種半導體器件，用來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，后來縮寫為“TranslstorV，中譯名就是晶體三極管。晶體管的三個電極分別稱為發(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控制基極電流，那么小的暗電極電流變化會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，例如功耗低、尺寸小、壽命長等。晶體管的出現(xiàn)引起了電子技術(shù)的一場大革命，出現(xiàn)了晶體管收音機、晶體管電視機和微型電子計算機等。這場革命一直延續(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，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許多科學家，其中至少包括五位諾貝爾物理學獎金獲得者沒能解釋的超導現(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—庫珀—斯里弗理論。他們?nèi)丝胺Q科學史上老年科學家與青年科學家相結(jié)合的典范。
大約在1950年，美國標難局的E.麥克斯韋（E．Maxwell）和拉特格斯大學的塞林(B.serin）領導下的一個小組分別獨立發(fā)現(xiàn)，某一金屬出現(xiàn)超導性時的溫度是與這個金屬的原子量成反比例的。塞林打電話給巴丁，把這個發(fā)現(xiàn)告訴他，巴丁一聽到這個消息，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電子，彼此松散地吸引對方，會形成一種共振態(tài)，叫做一個“庫珀對”。下一年，巴丁和當時還是研究生的斯里弗把庫珀的想法應用于多個電子，指出所有傳導電子如何可以形成一種新的合作狀態(tài)。按照這個模型，在金屬中正常移
動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量，它們并不隨意地受個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，BCS理論被稱為是對理論物理學的最重要貢獻之一。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，對超導性的神話般的研究已導致種種實用成果，如超導磁鐵、超導體電子計算機，功率傳輸線等。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·巴丁相關書籍
巴丁教授在二十多年前就提出了量子尺寸效應，這問題近年在美國和國際上頗受重視。他還提出利用量子尺寸效應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理論來預言微觀現(xiàn)象，并制成約瑟夫遜結(jié)。約瑟夫遜效應制成的靈敏器件可以測量電流、電壓和磁場等。BCS理論的建立引起了大量更加深入的探索，由于這一貢獻，三人于1972年共同獲得諾貝爾物理學獎金。
社會任職
約翰·巴丁，1959—1962年間，任美國總統(tǒng)科學咨詢委員會委員。
社會活動
參考資料
[1]
諾貝爾物理學獎得主約翰·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獎的人 · 搜狐[引用日期2021-04-05]
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