العلم هو مجال ينمو بشكل مستمر مع حدود متسعة باستمرار.
John Bardeen كان فيزيائياً أمريكياً. وهو الشخص الوحيد الذي فاز بجائزة Nobel في الفيزياء مرتين: الأولى عام 1956 مع William Shockley و Walter Brattain لاختراع الترانزستور؛ والثانية عام 1972 مع Leon N Cooper و John Robert Schrieffer لنظرية أساسية في الموصلية الفائقة التقليدية تُعرف بنظرية BCS.
ثورة الترانزستور في صناعة الإلكترونيات، مما جعل من الممكن تطوير أي جهاز إلكتروني حديث تقريباً، من الهواتف إلى أجهزة الكمبيوتر، وأطلق عصر المعلومات. تطورات Bardeen في الموصلية الفائقة - التي حصل على جائزة Nobel الثانية لها - تُستخدم في التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي NMR وفي التصوير بالرنين المغناطيسي الطبي MRI.
وُلد وترعرع Bardeen في Wisconsin، وحصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة Princeton. بعد خدمته في الحرب العالمية الثانية، كان باحثاً في Bell Labs، وأستاذاً في جامعة Illinois. في عام 1990، ظهر Bardeen في قائمة Life magazine "100 شخصية أمريكية الأكثر تأثيراً في القرن".
التعليم والحياة المبكرة
وُلد Bardeen في Madison بـ Wisconsin، في 23 مايو 1908. وكان ابن Charles Bardeen، أول عميد في كلية الطب بجامعة University of Wisconsin Medical School.
التحق Bardeen بمدرسة University High School في Madison. تخرج من المدرسة في 1923 وهو في سن 15. كان يمكنه أن يتخرج قبل سنوات، لكن تم تأجيل ذلك لأنه تابع دورات في مدرسة ثانوية أخرى وبسبب وفاة والدته. التحق بجامعة University of Wisconsin في 1923. أثناء دراسته الجامعية، انضم إلى نادي Zeta Psi الإخوة. جمع رسوم العضوية المطلوبة جزئياً من خلال لعب البلياردو. تم قبوله كعضو في جمعية Tau Beta Pi لشرف الهندسة. اختار الهندسة لأنه لم يكن يريد أن يكون أكاديمياً مثل والده. كما شعر أن الهندسة لديها آفاق وظيفية جيدة.
حصل Bardeen على درجة البكالوريوس في الهندسة الكهربائية في 1928 من جامعة University of Wisconsin–Madison. تخرج في 1928 رغم أنه أخذ سنة إجازة للعمل في Chicago. التحق بجميع دورات الدراسات العليا في الفيزياء والرياضيات التي اهتمت به، وتخرج في خمس سنوات بدلاً من السنوات الأربع المعتادة. وهذا سمح له بالوقت لإكمال أطروحة الماجستير، التي أشرف عليها Leo J. Peters. حصل على درجة الماجستير في الهندسة الكهربائية في 1929 من Wisconsin.
طور Bardeen دراساته بالبقاء في Wisconsin، لكنه في النهاية ذهب للعمل في Gulf Research Laboratories، وهي الذراع البحثية لشركة Gulf Oil Corporation التي كانت مقرها في Pittsburgh. من 1930 إلى 1933، عمل Bardeen هناك على تطوير طرق لتفسير الاستطلاعات المغناطيسية والجاذبية. عمل كجيوفيزيائي. بعد فشل العمل في الحفاظ على اهتمامه، تقدم بطلب وتم قبوله في برنامج الدراسات العليا في الرياضيات بجامعة Princeton.
كطالب دراسات عليا، درس Bardeen الرياضيات والفيزياء. تحت إشراف الفيزيائي Eugene Wigner، انتهى به الحال بكتابة أطروحته عن مشكلة في فيزياء الحالة الصلبة. قبل استكمال أطروحته، تم عرض عليه منصب زميل صغير في جمعية the Society of Fellows في جامعة Harvard في 1935. قضى السنوات الثلاث التالية هناك، من 1935 إلى 1938، يعمل مع الفائزين المستقبليين بجائزة Nobel في الفيزياء John Hasbrouck van Vleck و Percy Williams Bridgman على مشاكل التماسك والتوصيل الكهربائي في المعادن، وقام أيضاً ببعض العمل على كثافة المستويات في النوى. حصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء الرياضية من Princeton في 1936.
الحياة المهنية والبحث
خدمة الحرب العالمية الثانية
من 1941 إلى 1944، قاد Bardeen المجموعة التي تعمل على الألغام المغناطيسية والطوربيدات والتدابير المضادة للألغام والطوربيدات في Naval Ordnance Laboratory. خلال هذه الفترة أنجبت زوجته Jane ابناً يدعى Bill، وُلد في 1941 وابنة Betsy، وُلدت في 1944.
Bell Labs
في أكتوبر 1945، بدأ Bardeen العمل في Bell Labs. كان عضواً في مجموعة فيزياء الحالة الصلبة، بقيادة William Shockley والكيميائي Stanley Morgan. من بين الموظفين الآخرين الذين يعملون في المجموعة Walter Brattain وعالم الفيزياء Gerald Pearson والكيميائي Robert Gibney وخبير الإلكترونيات Hilbert Moore وعدة فنيين. انتقل مع عائلته إلى Summit بـ New Jersey.
كانت مهمة المجموعة البحث عن بديل بحالة صلبة لمضخمات أنابيب الفراغ الزجاجية الهشة. كانت محاولاتهم الأولى مبنية على أفكار Shockley حول استخدام حقل كهربائي خارجي على شبه موصل للتأثير على توصيله. فشلت هذه التجارب بشكل غامض في كل مرة في جميع أنواع التكوينات والمواد. كانت المجموعة في طريق مسدود حتى اقترح Bardeen نظرية استدعت حالات السطح التي منعت الحقل من اختراق شبه الموصل. غيرت المجموعة تركيزها لدراسة حالات السطح هذه، والتقوا يومياً تقريباً لمناقشة العمل. كانت علاقات المجموعة ممتازة، وتم تبادل الأفكار بحرية. بحلول شتاء 1946 كان لديهم نتائج كافية بحيث أرسل Bardeen ورقة عن حالات السطح إلى Physical Review. بدأ Brattain تجارب لدراسة حالات السطح من خلال الملاحظات التي تمت أثناء تسليط ضوء ساطع على سطح شبه الموصل. أدى هذا إلى عدة أوراق أخرى، إحداها من تأليف مشترك مع Shockley، والتي قدرت كثافة حالات السطح بأكثر من كافٍ لحساب تجاربهم الفاشلة. تسارع وتيرة العمل بشكل كبير عندما بدأوا في محاصرة نقاط الاتصال بين شبه الموصل والأسلاك الموصلة بالإلكتروليتات. بنى Moore دائرة سمحت لهم بتغيير تكرار إشارة الإدخال بسهولة واقترح استخدام glycol borate gu، وهي مادة كيميائية لزجة لم تتبخر. أخيراً، بدأوا يحصلون على بعض الأدلة على تضخيم القوة عندما وضع Pearson، بناءً على اقتراح من Shockley، جهداً على قطرة gu موضوعة عبر تقاطع p–n.
اختراع الترانزستور
في 23 ديسمبر 1947، كان Bardeen و Brattain يعملان بدون Shockley عندما نجحا في إنشاء ترانزستور نقطة اتصال حقق تضخيماً. بحلول الشهر التالي، بدأ محامو براءات الاختراع في Bell Labs بالعمل على طلبات براءات الاختراع.
اكتشف محامو Bell Labs قريباً أن مبدأ المجال للـ Shockley كان متوقعاً وتم براءة اختراعه في 1930 من قبل Julius Lilienfeld، الذي قدم براءة اختراعه التي تشبه MESFET في Canada في 22 أكتوبر 1925.
استحوذ Shockley بشكل علني على الجزء الأكبر من الفضل لاختراع الترانزستور؛ وهذا أدى إلى تدهور العلاقة بين Bardeen و Shockley. قدمت إدارة Bell Labs، مع ذلك، باستمرار جميع المخترعين الثلاثة كفريق. في النهاية، أغضب Shockley و أبعد Bardeen و Brattain، وأساساً منع الاثنين من العمل على الترانزستور المتقاطع. بدأ Bardeen بمتابعة نظرية للموصلية الفائقة وغادر Bell Labs في 1951. رفض Brattain العمل مع Shockley بعد الآن وتم تعيينه لمجموعة أخرى. لم يكن لدى Bardeen أو Brattain الكثير للقيام به مع تطوير الترانزستور بعد السنة الأولى من اختراعه.
"الترانزستور" - وهي كلمة مركبة من "transconductance" و"resistor" - كان 1/50 حجم أنابيب الفراغ التي استبدلتها في أجهزة التلفاز والراديو، واستخدمت طاقة أقل بكثير، وكانت أكثر موثوقية، وسمحت للأجهزة الكهربائية بأن تصبح أكثر إحكاماً.
جامعة Illinois في Urbana–Champaign
بحلول 1951، كان Bardeen يبحث عن وظيفة جديدة. أقنع Fred Seitz، صديق Bardeen، جامعة University of Illinois في Urbana–Champaign بعرض Bardeen براتب 10,000 دولار سنوياً. وقبل Bardeen العرض وغادر Bell Labs. انضم إلى هيئات التدريس الهندسة والفيزياء في جامعة University of Illinois في Urbana–Champaign في 1951. كان أستاذاً للهندسة الكهربائية والفيزياء في Illinois. تلميذ الدكتوراه Nick Holonyak 1954، اخترع LED في 1962.
في Illinois، أسس Bardeen برنامجي بحث رئيسيين، أحدهما في قسم الهندسة الكهربائية والآخر في قسم الفيزياء. تعاملت برنامج البحث في قسم الهندسة الكهربائية مع جوانب تجريبية ونظرية للمواد شبه الموصلة، وتعامل برنامج البحث في قسم الفيزياء مع جوانب نظرية للأنظمة الكمية العيانية، خاصة الموصلية الفائقة والسوائل الكمية.
كان أستاذاً نشطاً في Illinois من 1951 إلى 1975 ثم أصبح أستاذ فخري. في حياته اللاحقة، ظل Bardeen نشطاً في البحث الأكاديمي، وخلال هذا الوقت ركز على فهم تدفق الإلكترونات في موجات كثافة الشحنة CDWs من خلال مركبات السلسلة الخطية المعدنية. تم استقبال اقتراحاته بأن نقل إلكترونات CDW هو ظاهرة كمية جماعية في البداية بالشك. ومع ذلك، أظهرت التجارب التي تم الإبلاغ عنها في 2012 تذبذبات في تيار CDW مقابل التدفق المغناطيسي عبر حلقات tantalum trisulfide، مشابهة لسلوك أجهزة التداخل الكمي الموصل الفائق SQUID وتأثير Aharonov–Bohm، مما يعزز فكرة أن نقل إلكترونات CDW الجماعي يكون أساسياً كمياً في الطبيعة. انظر إلى quantum mechanics. واصل Bardeen بحثه طوال الثمانينيات، ونشر مقالات في Physical Review Letters و Physics Today أقل من سنة قبل وفاته.
جائزة Nobel في الفيزياء عام 1956
في 1956، شارك John Bardeen جائزة Nobel في الفيزياء مع William Shockley من Semiconductor Laboratory من Beckman Instruments و Walter Brattain من Bell Telephone Laboratories "لأبحاثهم في أشباه الموصلات واكتشافهم لتأثير الترانزستور".
في حفل جائزة Nobel في Stockholm، تلقى Brattain و Shockley جوائزهما في تلك الليلة من الملك Gustaf VI Adolf. أحضر Bardeen واحداً فقط من أطفاله الثلاثة إلى حفل جائزة Nobel. وبخ الملك Gustav Bardeen بسبب هذا، وأطمأن Bardeen الملك بأنه في المرة القادمة سيحضر جميع أطفاله إلى الحفل. وفي الواقع، أوفى بوعده.
نظرية BCS
في 1957، اقترح Bardeen، بالتعاون مع Leon Cooper وطالب الدكتوراه John Robert Schrieffer، النظرية القياسية للموصلية الفائقة المعروفة باسم نظرية BCS المسماة بأحرفهم الأولى.
جائزة Nobel في الفيزياء عام 1972
في 1972، شارك Bardeen جائزة Nobel في الفيزياء مع Leon N Cooper من جامعة Brown و John Robert Schrieffer من جامعة University of Pennsylvania "لنظرية الموصلية الفائقة التي طوروها معاً، والمعروفة عادة باسم نظرية BCS". كانت هذه جائزة Nobel الثانية في الفيزياء لـ Bardeen. أصبح أول شخص يفوز بجائزتي Nobel في نفس المجال. ثلاثة آخرون فقط حصلوا على أكثر من جائزة Nobel واحدة.
أحضر Bardeen أطفاله الثلاثة إلى حفل جائزة Nobel في Stockholm. أعطى Bardeen معظم أموال جائزة Nobel الخاصة به لتمويل محاضرات Fritz London التذكارية في جامعة Duke.
جوائز أخرى
بالإضافة إلى حصول Bardeen على جائزة Nobel مرتين، لديه عدد كبير من الجوائز الأخرى بما في ذلك:
- 1952 ميدالية Stuart Ballantine من معهد Franklin.
- 1959 تم انتخاب زميل في American Academy of Arts and Sciences
- 1965 الميدالية الوطنية للعلوم.
- 1971 ميدالية IEEE للشرف "لإسهاماته العميقة في فهم توصيل المواد الصلبة، لاختراع الترانزستور، وللنظرية المجهرية للموصلية الفائقة."
- تم انتخابه عضواً أجنبياً في Royal Society ForMemRS في 1973.
- 1975 ميدالية Franklin.
- في 10 يناير 1977، تم تقديم ميدالية الحرية الرئاسية لـ John Bardeen من قبل الرئيس Gerald Ford. تم تمثيله في الحفل من قبل ابنه William Bardeen.
- كان Bardeen أحد 11 متلقياً حصلوا على جائزة Third Century Award من الرئيس George H. W. Bush في 1990 "للمساهمات الاستثنائية في المجتمع الأمريكي" وتم منحه ميدالية ذهبية من أكاديمية السوفييت للعلوم في 1988.
- 1987 الجائزة الذهبية للجنة American Academy of Achievement
Xerox
كان Bardeen أيضاً مستشاراً مهماً لشركة Xerox Corporation. على الرغم من أنه كان هادئاً بطبعه، اتخذ الخطوة غير العادية بحث تنفيذيي Xerox على الحفاظ على مركز أبحاثهم في California، Xer
