La science est un domaine qui se développe continuellement avec des frontières toujours croissantes.
John Bardeen était un physicien américain. Il est la seule personne à avoir reçu le prix Nobel de physique deux fois : d'abord en 1956 avec William Shockley et Walter Brattain pour l'invention du transistor ; et à nouveau en 1972 avec Leon N Cooper et John Robert Schrieffer pour une théorie fondamentale de la supraconductivité conventionnelle connue sous le nom de théorie BCS.
Le transistor a révolutionné l'industrie électronique, rendant possible le développement de presque tous les appareils électroniques modernes, des téléphones aux ordinateurs, et inaugurant l'ère de l'information. Les développements de Bardeen dans la supraconductivité - pour lesquels il a reçu son deuxième prix Nobel - sont utilisés dans la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire NMR et l'imagerie par résonance magnétique médicale IRM.
Né et élevé au Wisconsin, Bardeen a obtenu un doctorat en physique de l'université Princeton. Après avoir servi pendant la Seconde Guerre mondiale, il a été chercheur aux Bell Labs et professeur à l'université de l'Illinois. En 1990, Bardeen figurait sur la liste du magazine Life des « 100 Américains les plus influents du siècle ».
Éducation et jeunesse
Bardeen est né à Madison, Wisconsin, le 23 mai 1908. Il était le fils de Charles Bardeen, premier doyen de la Faculté de médecine de l'université du Wisconsin.
Bardeen a fréquenté l'University High School à Madison. Il a obtenu son diplôme en 1923 à l'âge de 15 ans. Il aurait pu obtenir son diplôme plusieurs années plus tôt, mais cela a été reporté parce qu'il a suivi des cours dans un autre lycée et à cause de la mort de sa mère. Il a intégré l'université du Wisconsin en 1923. À l'université, il a adhéré à la fraternité Zeta Psi. Il a levé les cotisations d'adhésion nécessaires en partie en jouant au billard. Il a été initié en tant que membre de la société d'honneur d'ingénierie Tau Beta Pi. Il a choisi l'ingénierie parce qu'il ne voulait pas être un universitaire comme son père. Il a également estimé que l'ingénierie avait de bonnes perspectives d'emploi.
Bardeen a reçu son diplôme de baccalauréat ès sciences en génie électrique en 1928 de l'université du Wisconsin–Madison. Il a obtenu son diplôme en 1928 malgré une année d'absence pour travailler à Chicago. Il a suivi tous les cours d'études supérieures en physique et mathématiques qui l'intéressaient, et il a obtenu son diplôme en cinq ans au lieu des quatre habituels. Cela lui a permis de terminer sa thèse de maîtrise, qui a été supervisée par Leo J. Peters. Il a reçu son diplôme de maîtrise ès sciences en génie électrique en 1929 du Wisconsin.
Bardeen a poursuivi ses études en restant au Wisconsin, mais il a finalement travaillé pour Gulf Research Laboratories, le bras de recherche de la Gulf Oil Corporation basé à Pittsburgh. De 1930 à 1933, Bardeen y a travaillé au développement de méthodes d'interprétation des levés magnétiques et gravitationnels. Il a travaillé en tant que géophysicien. Après que le travail n'a plus tenu son intérêt, il a postulé et a été accepté au programme d'études supérieures en mathématiques de l'université Princeton.
Comme étudiant diplômé, Bardeen a étudié les mathématiques et la physique. Sous le physicien Eugene Wigner, il a fini par rédiger sa thèse sur un problème de physique de l'état solide. Avant de terminer sa thèse, il a reçu une offre pour un poste de fellow junior de la Society of Fellows à l'université Harvard en 1935. Il a passé les trois années suivantes là-bas, de 1935 à 1938, travaillant avec les futurs lauréats du prix Nobel de physique John Hasbrouck van Vleck et Percy Williams Bridgman sur des problèmes de cohésion et de conduction électrique dans les métaux, et a également travaillé sur la densité de niveaux des noyaux. Il a reçu son doctorat en physique mathématique de Princeton en 1936.
Carrière et recherche
Service pendant la Seconde Guerre mondiale
De 1941 à 1944, Bardeen a dirigé le groupe travaillant sur les mines et les torpilles magnétiques et les contre-mesures aux mines et aux torpilles au Naval Ordnance Laboratory. Pendant cette période, sa femme Jane a donné naissance à un fils Bill, né en 1941 et une fille Betsy, née en 1944.
Bell Labs
En octobre 1945, Bardeen a commencé à travailler aux Bell Labs. Il était membre d'un groupe de physique de l'état solide, dirigé par William Shockley et le chimiste Stanley Morgan. Parmi les autres membres du groupe figuraient Walter Brattain, le physicien Gerald Pearson, le chimiste Robert Gibney, l'expert en électronique Hilbert Moore et plusieurs techniciens. Il a déménagé sa famille à Summit, New Jersey.
La tâche du groupe était de chercher une alternative à l'état solide aux amplificateurs fragiles à tubes à vide en verre. Leurs premières tentatives étaient basées sur les idées de Shockley concernant l'utilisation d'un champ électrique externe sur un semi-conducteur pour affecter sa conductivité. Ces expériences ont mystérieusement échoué à chaque fois dans toutes sortes de configurations et de matériaux. Le groupe était à un point mort jusqu'à ce que Bardeen suggère une théorie qui invoquait des états de surface qui empêchaient le champ de pénétrer le semi-conducteur. Le groupe a réorienté ses efforts pour étudier ces états de surface, et ils se réunissaient presque quotidiennement pour discuter du travail. Le rapport du groupe était excellent, et les idées étaient librement échangées. À l'hiver 1946, ils avaient assez de résultats pour que Bardeen soumette un article sur les états de surface à Physical Review. Brattain a commencé des expériences pour étudier les états de surface par des observations faites en projetant une lumière vive sur la surface du semi-conducteur. Cela a conduit à plusieurs autres articles, dont l'un co-rédigé avec Shockley, qui estimait la densité des états de surface être plus qu'suffisante pour expliquer leurs expériences échouées. Le rythme du travail a considérablement augmenté lorsqu'ils ont commencé à entourer les contacts ponctuels entre le semi-conducteur et les fils conducteurs avec des électrolytes. Moore a construit un circuit qui leur a permis de varier facilement la fréquence du signal d'entrée et a suggéré qu'ils utilisent du glycol borate gu, un produit chimique visqueux qui ne s'évaporait pas. Finalement, ils ont commencé à obtenir quelques preuves d'amplification de puissance lorsque Pearson, agissant sur une suggestion de Shockley, a mis une tension sur une goutte de gu placée sur une jonction p–n.
L'invention du transistor
Le 23 décembre 1947, Bardeen et Brattain travaillaient sans Shockley lorsqu'ils ont réussi à créer un transistor à contact ponctuel qui obtient une amplification. Le mois suivant, les avocats spécialisés en brevets des Bell Labs ont commencé à travailler sur les demandes de brevets.
Les avocats des Bell Labs ont bientôt découvert que le principe d'effet de champ de Shockley avait été anticipé et breveté en 1930 par Julius Lilienfeld, qui a déposé son brevet de type MESFET au Canada le 22 octobre 1925.
Shockley s'est publiquement approprié la majorité du crédit pour l'invention du transistor ; cela a entraîné une détérioration de la relation de Bardeen avec Shockley. La direction des Bell Labs, cependant, a présenté de manière cohérente les trois inventeurs comme une équipe. Shockley a finalement irrité et aliéné Bardeen et Brattain, et il a essentiellement bloqué les deux de travailler sur le transistor à jonction. Bardeen a commencé à poursuivre une théorie de la supraconductivité et a quitté Bell Labs en 1951. Brattain a refusé de continuer à travailler avec Shockley et a été assigné à un autre groupe. Ni Bardeen ni Brattain n'avaient grand-chose à voir avec le développement du transistor au-delà de la première année après son invention.
Le « transistor », un mot-valise de « transconductance » et « résistance », était 1/50 la taille des tubes à vide qu'il a remplacés dans les téléviseurs et les radios, consommait beaucoup moins d'énergie, était beaucoup plus fiable, et a permis aux appareils électriques de devenir plus compacts.
Université de l'Illinois à Urbana–Champaign
En 1951, Bardeen cherchait un nouvel emploi. Fred Seitz, un ami de Bardeen, a convaincu l'université de l'Illinois à Urbana–Champaign de faire une offre à Bardeen de 10 000 dollars par an. Bardeen a accepté l'offre et a quitté Bell Labs. Il a intégré les facultés d'ingénierie et de physique de l'université de l'Illinois à Urbana–Champaign en 1951. Il était professeur de génie électrique et de physique à l'Illinois. Son doctorant Nick Holonyak en 1954 a inventé la LED en 1962.
À l'Illinois, il a établi deux principaux programmes de recherche, l'un dans le département d'ingénierie électrique et l'autre dans le département de physique. Le programme de recherche du département de génie électrique traitait des aspects expérimentaux et théoriques des semi-conducteurs, et le programme de recherche du département de physique traitait des aspects théoriques des systèmes quantiques macroscopiques, en particulier la supraconductivité et les liquides quantiques.
Il a été un professeur actif à l'Illinois de 1951 à 1975, puis est devenu professeur émérite. Plus tard dans sa vie, Bardeen a gardé une activité intense dans la recherche académique, au cours de laquelle il s'est concentré sur la compréhension du flux d'électrons dans les ondes de densité de charge CDWs à travers les composés de chaînes linéaires métalliques. Ses propositions selon lesquelles le transport d'électrons par CDW est un phénomène quantique collectif voir Phénomènes quantiques macroscopiques ont d'abord été accueillis avec scepticisme. Cependant, les expériences rapportées en 2012 montrent des oscillations du courant CDW par rapport au flux magnétique à travers les bagues de trisulfure de tantale, similaires au comportement des dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs voir SQUID et l'effet Aharonov–Bohm, ce qui donne du crédit à l'idée que le transport collectif d'électrons CDW est fondamentalement quantique par nature. Voir mécanique quantique. Bardeen a poursuivi ses recherches tout au long des années 1980 et a publié des articles dans Physical Review Letters et Physics Today moins d'un an avant sa mort.
Le prix Nobel de physique en 1956
En 1956, John Bardeen a partagé le prix Nobel de physique avec William Shockley du Semiconductor Laboratory de Beckman Instruments et Walter Brattain des Bell Telephone Laboratories « pour leurs recherches sur les semi-conducteurs et leur découverte de l'effet transistor ».
À la cérémonie du prix Nobel à Stockholm, Brattain et Shockley ont reçu leurs prix cette nuit-là du roi Gustaf VI Adolf. Bardeen n'a amené qu'un seul de ses trois enfants à la cérémonie du prix Nobel. Le roi Gustav a réprimandé Bardeen pour cela, et Bardeen a assuré au roi que la prochaine fois il amènerait tous ses enfants à la cérémonie. Il a tenu sa promesse.
Théorie BCS
En 1957, Bardeen, en collaboration avec Leon Cooper et son étudiant en doctorat John Robert Schrieffer, a proposé la théorie standard de la supraconductivité connue sous le nom de théorie BCS nommée d'après leurs initiales.
Le prix Nobel de physique en 1972
En 1972, Bardeen a partagé le prix Nobel de physique avec Leon N Cooper de l'université Brown et John Robert Schrieffer de l'université de Pennsylvanie « pour leur théorie conjointement élaborée de la supraconductivité, communément appelée la théorie BCS ». C'était le deuxième prix Nobel de physique de Bardeen. Il est devenu la première personne à remporter deux prix Nobel dans le même domaine. Seulement trois autres ont jamais reçu plus d'un prix Nobel.
Bardeen a amené ses trois enfants à la cérémonie du prix Nobel à Stockholm. Bardeen a donné une grande partie de son argent du prix Nobel pour financer les conférences commémoratives Fritz London à l'université Duke.
Autres récompenses
En plus de recevoir le prix Nobel deux fois, Bardeen a reçu de nombreuses autres récompenses, notamment :
- 1952 Médaille Stuart Ballantine de l'Institut Franklin.
- 1959 élu Fellow de l'American Academy of Arts and Sciences
- 1965 Médaille nationale des sciences.
- 1971 Médaille d'honneur IEEE pour « ses contributions profondes à la compréhension de la conductivité des solides, à l'invention du transistor, et à la théorie microscopique de la supraconductivité ».
- Élu membre étranger de la Royal Society ForMemRS en 1973.
- 1975 Médaille Franklin.
- Le 10 janvier 1977, John Bardeen a reçu la Médaille de la liberté présidentielle du président Gerald Ford. Il a été représenté à la cérémonie par son fils, William Bardeen.
- Bardeen a été l'un des 11 récipiendaires du Third Century Award du président George H. W. Bush en 1990 pour « contributions exceptionnelles à la société américaine » et s'est vu remettre une médaille d'or par l'Académie des sciences soviétique en 1988.
- 1987 Golden Plate Award de l'American Academy of Achievement
Xerox
Bardeen a également été un conseiller important de la Xerox Corporation. Bien que naturellement discret, il a pris l'initiative peu caractéristique d'exhorter les cadres de Xerox à maintenir à flot leur centre de recherche californien, Xerox PARC, lorsque la société mère soupçonnait que son centre de recherche ne donnerait pas grand-chose.
Vie personnelle
Bardeen a épousé Jane Maxwell le 18 juillet 1938. Lors de ses études à Princeton, il a rencontré Jane lors d'une visite à ses anciens amis à Pittsburgh.
Bardeen était un scientifique à la personnalité très modeste. Bien qu'il ait exercé comme professeur pendant près de 40 ans à l'université de l'Illinois, il a été surtout mémorisé par ses voisins pour ses barbecues où il préparait de la nourriture pour ses amis, dont beaucoup ignoraient ses réalisations à l'université. Il demandait toujours à ses invités s'ils aimaient le pain du hamburger grillé puisque c'était son préférence. Il aimait jouer au golf et faire des pique-niques en famille. Lillian Hoddeson, une historienne de l'université de l'Illinois qui a écrit un livre sur Bardeen, a déclaré que parce qu'il « différait radicalement du stéréotype populaire du « génie » et
