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John Bardeen era un fisico americano. È l'unica persona ad essere stata insignita del Premio Nobel per la Fisica due volte: la prima nel 1956 con William Shockley e Walter Brattain per l'invenzione del transistor; e di nuovo nel 1972 con Leon N Cooper e John Robert Schrieffer per una teoria fondamentale della superconduttività convenzionale nota come teoria BCS.
Il transistor ha rivoluzionato l'industria elettronica, rendendo possibile lo sviluppo di quasi tutti i moderni dispositivi elettronici, dai telefoni ai computer, inaugurando l'Era dell'Informazione. Gli sviluppi di Bardeen nella superconduttività—per i quali è stato insignito del suo secondo Premio Nobel—sono utilizzati nella spettroscopia di risonanza magnetica nucleare NMR e nell'imaging di risonanza magnetica medica MRI.
Nato e cresciuto nel Wisconsin, Bardeen ha ricevuto un dottorato in fisica dall'Università di Princeton. Dopo aver prestato servizio nella Seconda Guerra Mondiale, è stato ricercatore ai Bell Labs e professore presso l'Università dell'Illinois. Nel 1990, Bardeen è apparso nell'elenco di Life magazine dei "100 americani più influenti del secolo".
Educazione e gioventù
Bardeen è nato a Madison, nel Wisconsin, il 23 maggio 1908. Era il figlio di Charles Bardeen, il primo preside della Medical School dell'Università del Wisconsin.
Bardeen ha frequentato l'University High School a Madison. Ha completato gli studi della scuola nel 1923 all'età di 15 anni. Avrebbe potuto diplomarsi diversi anni prima, ma ciò è stato rimandato perché ha frequentato corsi in un'altra scuola superiore e a causa della morte di sua madre. È entrato nell'Università del Wisconsin nel 1923. Durante i suoi studi universitari, si è unito alla fraternità Zeta Psi. Ha raccolto i contributi associativi necessari in parte giocando a biliardo. È stato iniziato come membro della società onoraria di ingegneria Tau Beta Pi. Ha scelto l'ingegneria perché non voleva essere un accademico come suo padre. Inoltre, riteneva che l'ingegneria avesse buone prospettive di lavoro.
Bardeen ha ricevuto il suo Bachelor of Science in ingegneria elettrica nel 1928 dall'Università del Wisconsin–Madison. Si è laureato nel 1928 nonostante abbia preso un anno sabbatico per lavorare a Chicago. Ha seguito tutti i corsi di laurea in fisica e matematica che lo interessavano e si è laureato in cinque anni invece dei soliti quattro. Questo gli ha permesso di completare la sua tesi di master, che è stata supervisionata da Leo J. Peters. Ha ricevuto il suo Master of Science in ingegneria elettrica nel 1929 dal Wisconsin.
Bardeen ha proseguito i suoi studi rimanendo nel Wisconsin, ma alla fine è andato a lavorare per i Gulf Research Laboratories, il braccio di ricerca della Gulf Oil Corporation con sede a Pittsburgh. Dal 1930 al 1933, Bardeen ha lavorato lì nello sviluppo di metodi per l'interpretazione di indagini magnetiche e gravitazionali. Ha lavorato come geofisico. Dopo che il lavoro non ha mantenuto il suo interesse, ha presentato domanda e è stato accettato nel programma di dottorato in matematica dell'Università di Princeton.
Come dottorando, Bardeen ha studiato matematica e fisica. Sotto il fisico Eugene Wigner, ha finito per scrivere la sua tesi su un problema nella fisica dello stato solido. Prima di completare la sua tesi, gli è stata offerta una posizione di Junior Fellow della Society of Fellows all'Università di Harvard nel 1935. Ha trascorso i successivi tre anni lì, dal 1935 al 1938, lavorando con i futuri premi Nobel per la fisica John Hasbrouck van Vleck e Percy Williams Bridgman su problemi di coesione e conduzione elettrica nei metalli, e ha anche svolto alcuni lavori sulla densità di livello dei nuclei. Ha ricevuto il suo Ph.D. in fisica matematica da Princeton nel 1936.
Carriera e ricerca
Servizio nella Seconda Guerra Mondiale
Dal 1941 al 1944, Bardeen ha guidato il gruppo che lavorava su mine magnetiche e siluri e contromisure di mine e siluri presso il Naval Ordnance Laboratory. Durante questo periodo sua moglie Jane ha dato alla luce un figlio Bill, nato nel 1941 e una figlia Betsy, nata nel 1944.
Bell Labs
Nel ottobre 1945, Bardeen ha iniziato a lavorare ai Bell Labs. Era membro di un gruppo di fisica dello stato solido, guidato da William Shockley e dal chimico Stanley Morgan. Altro personale che lavorava nel gruppo erano Walter Brattain, il fisico Gerald Pearson, il chimico Robert Gibney, l'esperto di elettronica Hilbert Moore e diversi tecnici. Ha trasferito la sua famiglia a Summit, New Jersey.
Il compito del gruppo era cercare un'alternativa allo stato solido ai fragili amplificatori a tubo a vuoto in vetro. I loro primi tentativi si basavano sulle idee di Shockley sull'uso di un campo elettrico esterno su un semiconduttore per influenzarne la conduttività. Questi esperimenti in modo strano fallirono ogni volta in tutti i tipi di configurazioni e materiali. Il gruppo era a un punto morto fino a quando Bardeen ha suggerito una teoria che invocava stati di superficie che impedivano al campo di penetrare il semiconduttore. Il gruppo ha cambiato il suo focus per studiare questi stati di superficie e si incontravano quasi quotidianamente per discutere il lavoro. Il rapporto del gruppo era eccellente e le idee erano liberamente scambiate. Entro l'inverno del 1946 avevano abbastanza risultati da permettere a Bardeen di sottoporre un articolo sugli stati di superficie a Physical Review. Brattain ha iniziato esperimenti per studiare gli stati di superficie attraverso le osservazioni effettuate illuminando la superficie del semiconduttore con una luce intensa. Ciò ha portato a diversi altri articoli, uno dei quali coautore di Shockley, che ha stimato la densità degli stati di superficie essere più che sufficiente per spiegare i loro esperimenti falliti. Il ritmo del lavoro è aumentato significativamente quando hanno iniziato a circondare i contatti puntuali tra il semiconduttore e i fili conduttori con elettroliti. Moore ha costruito un circuito che ha permesso loro di variare facilmente la frequenza del segnale di ingresso e ha suggerito di utilizzare il glicol borato gu, un prodotto chimico viscoso che non si evaporava. Finalmente hanno iniziato a ottenere alcune prove di amplificazione di potenza quando Pearson, agendo su un suggerimento di Shockley, ha messo una tensione su una goccia di gu posizionata su una giunzione p–n.
L'invenzione del transistor
Il 23 dicembre 1947, Bardeen e Brattain stavano lavorando senza Shockley quando sono riusciti a creare un transistor a contatto puntiforme che ha ottenuto amplificazione. Nel mese successivo, gli avvocati brevettali dei Bell Labs hanno iniziato a lavorare sulle domande di brevetto.
Gli avvocati dei Bell Labs presto hanno scoperto che il principio dell'effetto di campo di Shockley era stato anticipato e brevettato nel 1930 da Julius Lilienfeld, che ha depositato il suo brevetto simile a MESFET in Canada il 22 ottobre 1925.
Shockley pubblicamente ha preso la parte del leone del merito per l'invenzione del transistor; questo ha portato a un deterioramento della relazione di Bardeen con Shockley. La gestione dei Bell Labs, tuttavia, ha coerentemente presentato tutti e tre gli inventori come un team. Shockley alla fine ha infuriato e alienato Bardeen e Brattain, e ha essenzialmente bloccato i due dal lavorare sul transistor a giunzione. Bardeen ha iniziato a perseguire una teoria della superconduttività e ha lasciato i Bell Labs nel 1951. Brattain ha rifiutato di continuare a lavorare con Shockley ed è stato assegnato a un altro gruppo. Né Bardeen né Brattain hanno avuto molto a che fare con lo sviluppo del transistor oltre il primo anno dalla sua invenzione.
Il "transistor" un portmanteau di "transconduttanza" e "resistore" era 1/50 della dimensione dei tubi a vuoto che ha sostituito nei televisori e nelle radio, utilizzava molto meno potenza, era molto più affidabile e permetteva ai dispositivi elettrici di diventare più compatti.
Università dell'Illinois a Urbana–Champaign
Nel 1951, Bardeen era alla ricerca di un nuovo lavoro. Fred Seitz, un amico di Bardeen, ha convinto l'Università dell'Illinois a Urbana–Champaign a fare un'offerta a Bardeen di $10.000 all'anno. Bardeen ha accettato l'offerta e ha lasciato i Bell Labs. Si è unito alle facoltà di ingegneria e fisica dell'Università dell'Illinois a Urbana–Champaign nel 1951. Era professore di ingegneria elettrica e di fisica all'Illinois. Il suo studente di dottorato Nick Holonyak 1954, ha inventato il LED nel 1962.
All'Illinois, ha stabilito due importanti programmi di ricerca, uno nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica e uno nel Dipartimento di Fisica. Il programma di ricerca nel Dipartimento di Ingegneria Elettrica ha affrontato sia gli aspetti sperimentali che teorici dei semiconduttori, e il programma di ricerca nel Dipartimento di Fisica ha affrontato gli aspetti teorici dei sistemi quantistici macroscopici, in particolare la superconduttività e i liquidi quantistici.
È stato un professore attivo all'Illinois dal 1951 al 1975 e successivamente è diventato professore emerito. Nella sua vita successiva, Bardeen è rimasto attivo nella ricerca accademica, durante la quale si è concentrato sulla comprensione del flusso di elettroni nelle onde di densità di carica CDW attraverso composti di catene lineari metalliche. Le sue proposte secondo cui il trasporto di elettroni CDW è un fenomeno quantistico collettivo sono state inizialmente accolte con scetticismo. Tuttavia, gli esperimenti riportati nel 2012 mostrano oscillazioni nella corrente CDW rispetto al flusso magnetico attraverso anelli di trisolfuro di tantalio, simili al comportamento dei dispositivi di interferenza quantistica superconduttiva vedi SQUID e effetto Aharonov–Bohm, dando credibilità all'idea che il trasporto di elettroni CDW collettivo è fondamentalmente quantistico per natura. Vedi meccanica quantistica. Bardeen ha continuato la sua ricerca durante gli anni '80 e ha pubblicato articoli in Physical Review Letters e Physics Today meno di un anno prima di morire.
Il Premio Nobel per la Fisica nel 1956
Nel 1956, John Bardeen ha condiviso il Premio Nobel per la Fisica con William Shockley del Semiconductor Laboratory di Beckman Instruments e Walter Brattain dei Bell Telephone Laboratories "per le loro ricerche sui semiconduttori e la loro scoperta dell'effetto transistor".
Alla cerimonia del Premio Nobel a Stoccolma, Brattain e Shockley hanno ricevuto i loro premi quella notte dal Re Gustaf VI Adolf. Bardeen ha portato solo uno dei suoi tre figli alla cerimonia del Premio Nobel. Il Re Gustav ha rimproverato Bardeen per questo, e Bardeen ha assicurato al Re che la prossima volta avrebbe portato tutti i suoi figli alla cerimonia. Ha mantenuto la sua promessa.
Teoria BCS
Nel 1957, Bardeen, in collaborazione con Leon Cooper e il suo studente di dottorato John Robert Schrieffer, ha proposto la teoria standard della superconduttività nota come teoria BCS dal nome delle loro iniziali.
Il Premio Nobel per la Fisica nel 1972
Nel 1972, Bardeen ha condiviso il Premio Nobel per la Fisica con Leon N Cooper dell'Università Brown e John Robert Schrieffer dell'Università della Pennsylvania "per la loro teoria congiuntamente sviluppata della superconduttività, comunemente chiamata teoria BCS". Questo è stato il secondo Premio Nobel per la Fisica di Bardeen. È diventato la prima persona a vincere due Premi Nobel nello stesso campo. Solo tre altri hanno mai ricevuto più di un Premio Nobel.
Bardeen ha portato i suoi tre figli alla cerimonia del Premio Nobel a Stoccolma. Bardeen ha donato gran parte del denaro del suo Premio Nobel per finanziare le Fritz London Memorial Lectures presso l'Università di Duke.
Altri premi
Oltre ad essere stato insignito del premio Nobel due volte, Bardeen ha numerosi altri premi tra cui:
- 1952 Stuart Ballantine Medal dell'Istituto Franklin.
- 1959 eletto Fellow dell'Accademia Americana di Arti e Scienze
- 1965 National Medal of Science.
- 1971 IEEE Medal of Honor per "i suoi profondi contributi alla comprensione della conduttività dei solidi, all'invenzione del transistor e alla teoria microscopica della superconduttività".
- Eletto membro straniero della Royal Society ForMemRS nel 1973.
- 1975 Franklin Medal.
- Il 10 gennaio 1977, John Bardeen è stato presentato con la Medaglia Presidenziale della Libertà dal Presidente Gerald Ford. È stato rappresentato alla cerimonia da suo figlio, William Bardeen.
- Bardeen è stato uno degli 11 destinatari del Third Century Award del Presidente George H. W. Bush nel 1990 per "eccezionali contributi alla società americana" e è stato assegnato una medaglia d'oro dall'Accademia delle Scienze Sovietica nel 1988.
- 1987 Golden Plate Award dell'Accademia Americana del Raggiungimento
Xerox
Bardeen è stato anche un importante consulente della Xerox Corporation. Sebbene di natura tranquilla, ha intrapreso il passo inusuale di esortare i dirigenti di Xerox a mantenere in vita il loro centro di ricerca della California, Xerox PARC, quando l'azienda madre era sospettosa che il suo centro di ricerca avrebbe fruttato poco.
Vita personale
Bardeen ha sposato Jane Maxwell il 18 luglio 1938. Mentre era a Princeton, ha incontrato Jane durante una visita ai suoi vecchi amici a Pittsburgh.
Bardeen era uno scienziato con una personalità molto modesta. Mentre ha servito come professore per quasi 40 anni all'Università dell'Illinois, è stato ricordato dai vicini soprattutto per aver organizzato grigliate dove avrebbe preparato il cibo per i suoi amici, molti dei quali non erano consapevoli dei suoi successi presso l'università. Chiedeva sempre ai suoi ospiti se gli piacesse il panino hamburger tostato poiché lui lo preferiva così. Amava giocare a golf e fare picnic con la sua famiglia. Lillian Hoddeson, una storica dell'Università dell'Illinois che ha scritto un libro su Bardeen, ha affermato che perché lui "differiva radicalmente dallo stereotipo popolare del 'genio' e
