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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。在進取心的驅使下，他又去新澤西州普林斯頓大學做研究生，鉆研數學和物理學。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不斷發(fā)展，在物理學中便產生了一個新的學科，叫做電子學。借助于各種電子管和適當的電路，很容易實現整流、小信號的放大和產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。對半導體現象進一步研究的結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開始研究半導體材料及其在電子技術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。晶體管的出現引起了電子技術的一場大革命，出現了晶體管收音機、晶體管電視機和微型電子計算機等。這場革命一直延續(xù)到現在，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象。Bcs是他們三人的姓Bardeen、Cooper和Schrieffer的字首縮寫，而BCS理論就是巴丁—庫珀—斯里弗理論。他們三人堪稱科學史上老年科學家與青年科學家相結合的典范。
大約在1950年，美國標難局的E.麥克斯韋（E．Maxwell）和拉特格斯大學的塞林(B.serin）領導下的一個小組分別獨立發(fā)現，某一金屬出現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，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
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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