과학은 끊임없이 확장되는 새로운 경계를 가지고 지속적으로 발전하는 분야이다.
John Bardeen은 미국의 물리학자였다. 그는 노벨 물리학상을 두 번 받은 유일한 사람이다. 첫 번째는 1956년 William Shockley와 Walter Brattain과 함께 트랜지스터 발명으로 받았고, 두 번째는 1972년 Leon N Cooper와 John Robert Schrieffer와 함께 BCS 이론으로 알려진 일반 초전도성의 기본 이론으로 받았다.
트랜지스터는 전자 산업에 혁명을 일으켰으며, 전화기에서 컴퓨터에 이르기까지 거의 모든 현대 전자 장치의 개발을 가능하게 했고, 정보 시대를 열었다. Bardeen의 초전도성 분야의 발전은 노벨 물리학상을 두 번째로 받은 이유이며, 이는 핵자기 공명 분광법 NMR과 의료용 자기 공명 영상 MRI에 사용된다.
위스콘신에서 태어나고 자란 Bardeen은 Princeton University에서 물리학 박사 학위를 받았다. 제2차 세계 대전에 참전한 후, 그는 Bell Labs의 연구원이었고 University of Illinois의 교수였다. 1990년, Bardeen은 Life 매거진의 "20세기 가장 영향력 있는 미국인 100명" 목록에 올랐다.
교육 및 초기 생애
Bardeen은 1908년 5월 23일 위스콘신주 Madison에서 태어났다. 그는 University of Wisconsin Medical School의 첫 번째 학장인 Charles Bardeen의 아들이었다.
Bardeen은 Madison의 University High School에 다녔다. 그는 1923년 나이 15세에 학교를 졸업했다. 그는 수년 전에 졸업할 수 있었지만, 다른 고등학교에서 수업을 들었고 어머니가 돌아가셨기 때문에 연기되었다. 그는 1923년 University of Wisconsin에 입학했다. 대학에 다니던 중 Zeta Psi 형제 조직에 가입했다. 그는 당구를 쳐서 필요한 회비를 마련했다. 그는 Tau Beta Pi 공학 명예 학회의 회원으로 입회했다. 그는 아버지처럼 학자가 되고 싶지 않아서 공학을 선택했다. 그는 또한 공학이 좋은 취업 전망을 가지고 있다고 생각했다.
Bardeen은 1928년 University of Wisconsin–Madison에서 전기 공학 학사 학위를 받았다. 그는 Chicago에서 일하기 위해 1년을 쉬었음에도 불구하고 1928년에 졸업했다. 그는 관심 있던 물리학 및 수학의 모든 대학원 과정을 수강했으며, 일반적인 4년 대신 5년 만에 졸업했다. 이는 Leo J. Peters의 지도하에 작성한 석사 논문을 완성할 시간을 주었다. 그는 1929년 Wisconsin에서 전기 공학 석사 학위를 받았다.
Bardeen은 Wisconsin에 머물러 학업을 계속했지만, 결국 Pittsburgh에 기반을 둔 Gulf Oil Corporation의 연구 부서인 Gulf Research Laboratories에서 일하게 되었다. 1930년부터 1933년까지 Bardeen은 자기 및 중력 측량의 해석 방법 개발에 종사했다. 그는 지구 물리학자로 일했다. 일이 흥미를 잃자, 그는 Princeton University의 수학 대학원 과정에 지원하여 합격했다.
대학원 학생으로서 Bardeen은 수학과 물리학을 공부했다. 물리학자 Eugene Wigner의 지도 아래, 그는 결국 고체 물리학 문제에 대한 논문을 작성했다. 논문을 완성하기 전에, 그는 1935년 Harvard University의 Society of Fellows의 Junior Fellow 직책을 제안받았다. 그는 1935년부터 1938년까지 3년간 그곳에서 일했으며, 노벨상 수상자가 될 물리학자 John Hasbrouck van Vleck과 Percy Williams Bridgman과 함께 금속의 응집력 및 전기 전도 문제에 대해 작업했고, 원자핵의 레벨 밀도에 대한 작업도 수행했다. 그는 1936년 Princeton에서 수학 물리학 박사 학위를 받았다.
경력 및 연구
제2차 세계 대전 복무
1941년부터 1944년까지, Bardeen은 Naval Ordnance Laboratory에서 자기 지뢰, 어뢰 및 지뢰와 어뢰 대항책에 관한 작업을 하는 그룹을 이끌었다. 이 기간 동안 그의 아내 Jane은 1941년에 태어난 아들 Bill과 1944년에 태어난 딸 Betsy를 낳았다.
Bell Labs
1945년 10월, Bardeen은 Bell Labs에서 일을 시작했다. 그는 William Shockley가 이끄는 고체 물리학 그룹과 화학자 Stanley Morgan의 일원이었다. 그룹에서 근무 중인 다른 직원으로는 Walter Brattain, 물리학자 Gerald Pearson, 화학자 Robert Gibney, 전자 전문가 Hilbert Moore 및 여러 기술자가 있었다. 그는 가족을 New Jersey의 Summit으로 옮겼다.
그룹의 과제는 깨지기 쉬운 유리 진공관 증폭기의 고체 대체 물질을 찾는 것이었다. 그들의 첫 시도는 반도체의 전기 전도도를 영향주기 위해 외부 전기장을 사용하는 것에 대한 Shockley의 아이디어에 기반했다. 이러한 실험들은 모든 종류의 구성과 재료에서 신비롭게 매번 실패했다. 그룹은 Bardeen이 전기장이 반도체에 침투하는 것을 방지하는 표면 상태를 포함하는 이론을 제안할 때까지 교착 상태에 있었다. 그룹은 이러한 표면 상태를 연구하기 위해 초점을 변경했으며, 작업에 대해 거의 매일 논의하기 위해 만났다. 그룹의 관계는 우수했으며, 아이디어는 자유롭게 교환되었다. 1946년 겨울까지 Bardeen은 표면 상태에 대한 논문을 Physical Review에 제출할 만큼의 결과를 얻었다. Brattain은 반도체 표면에 밝은 빛을 비추는 동안 관찰을 통해 표면 상태를 연구하는 실험을 시작했다. 이는 표면 상태의 밀도가 그들의 실패한 실험을 설명하기에 충분할 것으로 추정한 Shockley와 공동 저술한 것을 포함한 몇 가지 추가 논문으로 이어졌다. 반도체와 도전성 와이어 사이의 점 접점을 전해질로 둘러싸기 시작했을 때 작업 속도가 크게 빨라졌다. Moore는 입력 신호의 주파수를 쉽게 변경할 수 있는 회로를 만들었고 증발하지 않는 점성 화학물질인 글리콜 붕산염 gu를 사용할 것을 제안했다. 마지막으로 Pearson이 Shockley의 제안에 따라 p–n 접합을 가로질러 놓인 gu 방울에 전압을 가했을 때 전력 증폭의 일부 증거를 얻기 시작했다.
트랜지스터의 발명
1947년 12월 23일, Bardeen과 Brattain은 Shockley 없이 일하고 있을 때 전력 증폭을 달성하는 점 접촉 트랜지스터를 성공적으로 만들었다. 다음 달까지 Bell Labs의 특허 변호사들은 특허 출원에 대한 작업을 시작했다.
Bell Labs의 변호사들은 곧 Shockley의 전계 효과 원리가 1930년 Julius Lilienfeld에 의해 예상되고 특허되었음을 발견했으며, 그는 1925년 10월 22일 Canada에서 MESFET 유사 특허를 출원했다.
Shockley는 공개적으로 트랜지스터 발명의 대부분의 신용을 가져갔다. 이는 Bardeen과 Shockley의 관계 악화로 이어졌다. 그러나 Bell Labs 경영진은 세 발명자를 일관되게 팀으로 제시했다. Shockley는 결국 Bardeen과 Brattain을 화나게 하고 소외시켰으며, 본질적으로 둘 다 접합 트랜지스터에서 작업하는 것을 차단했다. Bardeen은 초전도성 이론을 추구하기 시작했고 1951년 Bell Labs를 떠났다. Brattain은 Shockley와 함께 일하기를 거부했으며 다른 그룹으로 배정되었다. Bardeen과 Brattain 모두 발명 후 첫 해를 넘어 트랜지스터의 발전과 관련이 거의 없었다.
"트랜지스터"는 "초전도도"와 "저항"의 혼성어로, 텔레비전과 라디오에서 교체된 진공관의 1/50 크기였으며, 훨씬 적은 전력을 사용했고, 훨씬 더 신뢰할 수 있었으며, 전자 장치가 더 컴팩트하게 될 수 있도록 했다.
University of Illinois at Urbana–Champaign
1951년까지 Bardeen은 새로운 일자리를 찾고 있었다. Bardeen의 친구인 Fred Seitz는 University of Illinois at Urbana–Champaign을 설득하여 Bardeen에게 연간 $10,000의 제안을 했다. Bardeen은 제안을 수락하고 Bell Labs를 떠났다. 그는 1951년 University of Illinois at Urbana–Champaign의 공학 및 물리학 학부에 합류했다. 그는 Illinois에서 전기 공학 및 물리학 교수였다. 그의 박사 학생 Nick Holonyak(1954)은 1962년 LED를 발명했다.
Illinois에서 그는 두 개의 주요 연구 프로그램을 설립했다. 하나는 전기 공학과에서, 하나는 물리학과에서였다. 전기 공학과의 연구 프로그램은 반도체의 실험적 및 이론적 측면을 다루었으며, 물리학과의 연구 프로그램은 거시적 양자 시스템, 특히 초전도성 및 양자 액체의 이론적 측면을 다루었다.
그는 1951년부터 1975년까지 Illinois의 활동적인 교수였으며, 그 후 명예교수가 되었다. 후기에 Bardeen은 학문 연구에 활발히 참여했으며, 그 기간 동안 금속 선형 사슬 화합물을 통한 전하 밀도파 CDW에서 전자의 흐름을 이해하는 데 중점을 두었다. CDW 전자 전송이 집단 양자 현상이라는 그의 제안은 초기에 회의적으로 받아들여졌다. 그러나 2012년에 보고된 실험들은 탈륨 삼황화물 고리를 통한 자기 플럭스 대 CDW 전류의 진동을 보여주며, 초전도 양자 간섭 장치의 동작과 유사하다. CDW 전자 전송이 근본적으로 양자적 성질이라는 생각에 신빙성을 제공한다. Bardeen은 1980년대 내내 연구를 계속했으며, 사망 1년 미만 전 Physical Review Letters와 Physics Today에 논문을 게재했다.
1956년 노벨 물리학상
1956년, John Bardeen은 Semiconductor Laboratory of Beckman Instruments의 William Shockley와 Bell Telephone Laboratories의 Walter Brattain과 함께 노벨 물리학상을 공유했다. "반도체에 관한 연구 및 트랜지스터 효과의 발견"으로.
Stockholm의 노벨상 시상식에서 Brattain과 Shockley는 그 밤 King Gustaf VI Adolf로부터 상을 받았다. Bardeen은 노벨상 시상식에 3명의 자녀 중 1명만 데려갔다. King Gustav는 이것 때문에 Bardeen을 꾸짖었으며, Bardeen은 King에게 다음 번에는 3명의 자녀를 모두 데려올 것이라고 보장했다. 그는 약속을 지켰다.
BCS 이론
1957년, Bardeen은 Leon Cooper와 그의 박사 학생 John Robert Schrieffer와 협력하여 그들의 이니셜을 따서 명명된 BCS 이론으로 알려진 초전도성의 표준 이론을 제안했다.
1972년 노벨 물리학상
1972년, Bardeen은 Brown University의 Leon N Cooper와 University of Pennsylvania의 John Robert Schrieffer와 함께 노벨 물리학상을 공유했다. "공동으로 개발한 초전도성 이론, 보통 BCS 이론이라고 불리는 이론"으로. 이것은 Bardeen의 두 번째 노벨 물리학상이었다. 그는 같은 분야에서 노벨상을 두 번 받은 첫 번째 사람이 되었다. 단 3명만이 노벨상을 두 번 이상 받았다.
Bardeen은 Stockholm의 노벨상 시상식에 3명의 자녀를 데려갔다. Bardeen은 노벨상 상금의 대부분을 Duke University의 Fritz London Memorial Lectures에 기금을 제공하는 데 사용했다.
기타 상
노벨상을 두 번 받은 것 외에도, Bardeen은 다음을 포함한 수많은 다른 상을 받았다:
- 1952년 Franklin Institute의 Stuart Ballantine Medal.
- 1959년 American Academy of Arts and Sciences의 Fellow로 선출.
- 1965년 National Medal of Science.
- 1971년 "고체의 전도도 이해, 트랜지스터의 발명, 초전도성의 미시적 이론"에 대한 IEEE Medal of Honor.
- 1973년 Royal Society의 Foreign Member로 선출 (ForMemRS).
- 1975년 Franklin Medal.
- 1977년 1월 10일, John Bardeen은 President Gerald Ford로부터 Presidential Medal of Freedom을 받았다. 그는 아들 William Bardeen으로 시상식에 대리 출석했다.
- Bardeen은 1990년 President George H. W. Bush로부터 "미국 사회에 대한 탁월한 기여"로 Third Century Award를 받은 11명의 수혜자 중 한 명이었으며, 1988년 Soviet Academy of Sciences로부터 금메달을 받았다.
- 1987년 American Academy of Achievement의 Golden Plate Award
Xerox
Bardeen은 또한 Xerox Corporation의 중요한 자문가였다. 본성상 조용했지만, 그는 모회사가 연구 센터가 별 도움이 될 것 같지 않다고 의심할 때 Xerox의 California 연구 센터인 Xerox PARC를 계속 운영하도록 Xerox 경영진에게 촉구하는 특이한 조치를 취했다.
개인 생활
Bardeen은 1938년 7월 18일 Jane Maxwell과 결혼했다. Princeton에 있을 때, 그는 Pittsburgh에 있는 옛 친구들을 방문 중에 Jane을 만났다.
Bardeen은 매우 겸손한 성격의 과학자였다. University of Illinois에서 거의 40년간 교수로 재직했지만, 그는 이웃들로부터 친구들을 위해 음식을 준비하는 요리를 주최하는 것으로 가장 잘 기억되었으며, 그들 중 많은 사람들이 대학에서의 그의 업적을 알지 못했다. 그는 자신이 그렇게 좋아하기 때문에 손님들에게 햄버거 빵을 구웠는지 항상 물었다. 그는 골프 치고 가족과 소풍을 가는 것을 즐겼다. Bardeen에 대한 책을 쓴 University of Illinois 역사가 Lillian Hoddeson은 그가 "천재의 대중적인 고정관념과 근본적으로 달랐기 때문에라고 말했다.
