A ciência é um campo que cresce continuamente com fronteiras sempre em expansão.
John Bardeen foi um físico americano. Ele é a única pessoa a ser premiada com o Prêmio Nobel de Física duas vezes: primeiro em 1956 com William Shockley e Walter Brattain pela invenção do transistor; e novamente em 1972 com Leon N Cooper e John Robert Schrieffer por uma teoria fundamental da supercondutividade convencional conhecida como teoria BCS.
O transistor revolucionou a indústria eletrônica, tornando possível o desenvolvimento de quase todos os dispositivos eletrônicos modernos, desde telefones até computadores, e inaugurando a Era da Informação. Os desenvolvimentos de Bardeen em supercondutividade — pelos quais recebeu seu segundo Prêmio Nobel — são usados em espectroscopia de ressonância magnética nuclear NMR e em imagem de ressonância magnética médica MRI.
Nascido e criado em Wisconsin, Bardeen recebeu um PhD em Física da Universidade de Princeton. Após servir na Segunda Guerra Mundial, ele foi pesquisador nos Bell Labs e professor na Universidade de Illinois. Em 1990, Bardeen apareceu na lista da revista Life dos "100 Americanos Mais Influentes do Século".
Educação e primeiros anos
Bardeen nasceu em Madison, Wisconsin, em 23 de maio de 1908. Ele era filho de Charles Bardeen, o primeiro reitor da Escola Médica da Universidade de Wisconsin.
Bardeen frequentou a Escola Secundária da Universidade em Madison. Ele se formou na escola em 1923 aos 15 anos. Ele poderia ter se formado alguns anos antes, mas isso foi adiado porque ele cursou aulas em outra escola de ensino médio e por causa da morte de sua mãe. Ele entrou na Universidade de Wisconsin em 1923. Na faculdade, ele ingressou na fraternidade Zeta Psi. Ele arrecadou as taxas de adesão necessárias em parte jogando sinuca. Ele foi iniciado como membro da sociedade de honra de engenharia Tau Beta Pi. Ele escolheu engenharia porque não queria ser acadêmico como seu pai. Ele também sentiu que a engenharia tinha boas perspectivas de emprego.
Bardeen recebeu seu diploma de Bacharel em Ciências em Engenharia Elétrica em 1928 pela Universidade de Wisconsin–Madison. Ele se formou em 1928 apesar de tirar um ano para trabalhar em Chicago. Ele cursou todos os cursos de pós-graduação em física e matemática que o interessavam, e se formou em cinco anos em vez dos quatro usuais. Isso lhe deu tempo para completar sua tese de mestrado, que foi supervisionada por Leo J. Peters. Ele recebeu seu diploma de Mestrado em Ciências em Engenharia Elétrica em 1929 pela Wisconsin.
Bardeen aprofundou seus estudos permanecendo em Wisconsin, mas eventualmente foi trabalhar para os Gulf Research Laboratories, o braço de pesquisa da Gulf Oil Corporation que era sediado em Pittsburgh. De 1930 a 1933, Bardeen trabalhou lá no desenvolvimento de métodos para a interpretação de levantamentos magnéticos e gravitacionais. Ele trabalhou como geofísico. Depois que o trabalho deixou de manter seu interesse, ele se candidatou e foi aceito no programa de pós-graduação em matemática da Universidade de Princeton.
Como aluno de pós-graduação, Bardeen estudou matemática e física. Sob o físico Eugene Wigner, ele acabou escrevendo sua tese sobre um problema em física do estado sólido. Antes de completar sua tese, ele foi oferecido um cargo de Fellow Júnior da Society of Fellows na Universidade de Harvard em 1935. Ele passou os três anos seguintes lá, de 1935 a 1938, trabalhando com os futuros ganhadores do Prêmio Nobel em física John Hasbrouck van Vleck e Percy Williams Bridgman em problemas de coesão e condução elétrica em metais, e também fez alguns trabalhos sobre densidade de níveis de núcleos. Ele recebeu seu Ph.D. em física matemática de Princeton em 1936.
Carreira e pesquisa
Serviço na Segunda Guerra Mundial
De 1941 a 1944, Bardeen chefiou o grupo que trabalhou em minas magnéticas e torpedos e contramedidas de minas e torpedos no Naval Ordnance Laboratory. Durante este período, sua esposa Jane deu à luz um filho Bill, nascido em 1941, e uma filha Betsy, nascida em 1944.
Bell Labs
Em outubro de 1945, Bardeen começou a trabalhar nos Bell Labs. Ele era membro de um grupo de física do estado sólido, liderado por William Shockley e pelo químico Stanley Morgan. Outras pessoas trabalhando no grupo eram Walter Brattain, o físico Gerald Pearson, o químico Robert Gibney, o especialista em eletrônica Hilbert Moore e vários técnicos. Ele mudou sua família para Summit, Nova Jersey.
A atribuição do grupo era procurar uma alternativa de estado sólido para os frágeis amplificadores de tubo de vácuo de vidro. Suas primeiras tentativas foram baseadas nas ideias de Shockley sobre o uso de um campo elétrico externo em um semicondutor para afetar sua condutividade. Esses experimentos misteriosamente falharam todas as vezes em todos os tipos de configurações e materiais. O grupo estava em um impasse até que Bardeen sugeriu uma teoria que invocava estados de superfície que impediam o campo de penetrar no semicondutor. O grupo mudou seu foco para estudar esses estados de superfície, e eles se reuniam quase diariamente para discutir o trabalho. O rapport do grupo era excelente, e as ideias eram livremente trocadas. No inverno de 1946, eles tinham resultados suficientes para que Bardeen apresentasse um artigo sobre os estados de superfície para Physical Review. Brattain iniciou experimentos para estudar os estados de superfície através de observações feitas ao brilhar uma luz intensa na superfície do semicondutor. Isso levou a vários artigos adicionais, um deles co-autoria com Shockley, que estimou a densidade dos estados de superfície como sendo mais que suficiente para explicar seus experimentos fracassados. O ritmo do trabalho acelerou significativamente quando eles começaram a cercar contatos pontuais entre o semicondutor e os fios condutores com eletrólitos. Moore construiu um circuito que lhes permitiu variar a frequência do sinal de entrada facilmente e sugeriu que usassem glicol borato gu, um químico viscoso que não evaporava. Finalmente, eles começaram a obter algumas evidências de amplificação de potência quando Pearson, agindo sob uma sugestão de Shockley, colocou uma voltagem em uma gotícula de gu colocada através de uma junção p–n.
A invenção do transistor
Em 23 de dezembro de 1947, Bardeen e Brattain estavam trabalhando sem Shockley quando conseguiram criar um transistor de contato pontual que alcançava amplificação. No mês seguinte, os advogados de patentes da Bell Labs começaram a trabalhar nas aplicações de patentes.
Os advogados da Bell Labs logo descobriram que o princípio de efeito de campo de Shockley havia sido antecipado e patenteado em 1930 por Julius Lilienfeld, que registrou sua patente similar a MESFET no Canadá em 22 de outubro de 1925.
Shockley publicamente levou a maior parte do crédito pela invenção do transistor; isso levou a uma deterioração do relacionamento de Bardeen com Shockley. A administração da Bell Labs, no entanto, consistentemente apresentou os três inventores como um time. Shockley eventualmente enfureceu e alienou Bardeen e Brattain, e essencialmente bloqueou os dois de trabalhar no transistor de junção. Bardeen começou a perseguir uma teoria de supercondutividade e deixou os Bell Labs em 1951. Brattain recusou trabalhar com Shockley novamente e foi atribuído a outro grupo. Nem Bardeen nem Brattain tinham muito a ver com o desenvolvimento do transistor além do primeiro ano após sua invenção.
O "transistor" um acrônimo de "transcondutância" e "resistor" tinha 1/50 do tamanho dos tubos de vácuo que substituía em televisões e rádios, usava muito menos energia, era muito mais confiável, e permitiu que os dispositivos elétricos se tornassem mais compactos.
Universidade de Illinois em Urbana–Champaign
Em 1951, Bardeen procurava um novo emprego. Fred Seitz, um amigo de Bardeen, convenceu a Universidade de Illinois em Urbana–Champaign a fazer uma oferta a Bardeen de $10.000 por ano. Bardeen aceitou a oferta e deixou os Bell Labs. Ele ingressou nas faculdades de engenharia e física da Universidade de Illinois em Urbana–Champaign em 1951. Ele era Professor de Engenharia Elétrica e de Física em Illinois. Seu aluno de doutorado Nick Holonyak 1954, inventou o LED em 1962.
Em Illinois, ele estabeleceu dois programas de pesquisa principais, um no Departamento de Engenharia Elétrica e outro no Departamento de Física. O programa de pesquisa no Departamento de Engenharia Elétrica tratava de aspectos experimentais e teóricos de semicondutores, e o programa de pesquisa no Departamento de Física tratava de aspectos teóricos de sistemas quânticos macroscópicos, particularmente supercondutividade e líquidos quânticos.
Ele foi um professor ativo em Illinois de 1951 a 1975 e depois se tornou Professor Emérito. Mais tarde em sua vida, Bardeen permaneceu ativo em pesquisa acadêmica, durante o qual se concentrou em compreender o fluxo de elétrons em ondas de densidade de carga CDWs através de compostos lineares metálicos em cadeia. Suas proposições de que o transporte de elétrons em CDW é um fenômeno quântico coletivo ver Fenômenos quânticos macroscópicos foram inicialmente recebidas com ceticismo. No entanto, experimentos relatados em 2012 mostram oscilações em corrente CDW versus fluxo magnético através de anéis de trisulfeto de tântalo, similar ao comportamento de dispositivos de interferência quântica supercondutora ver SQUID e efeito Aharonov–Bohm, dando credibilidade à ideia de que o transporte de elétrons em CDW coletivo é fundamentalmente quântico em natureza. Ver mecânica quântica. Bardeen continuou sua pesquisa ao longo dos anos 1980, e publicou artigos em Physical Review Letters e Physics Today menos de um ano antes de morrer.
O Prêmio Nobel de Física em 1956
Em 1956, John Bardeen dividiu o Prêmio Nobel de Física com William Shockley do Semiconductor Laboratory of Beckman Instruments e Walter Brattain da Bell Telephone Laboratories "por suas pesquisas em semicondutores e sua descoberta do efeito transistor".
Na cerimônia do Prêmio Nobel em Stockholm, Brattain e Shockley receberam seus prêmios naquela noite do Rei Gustaf VI Adolf. Bardeen trouxe apenas um de seus três filhos para a cerimônia do Prêmio Nobel. O Rei Gustav repreendeu Bardeen por causa disso, e Bardeen assegurou ao Rei que da próxima vez ele traria todos os seus filhos para a cerimônia. Ele cumpriu sua promessa.
Teoria BCS
Em 1957, Bardeen, em colaboração com Leon Cooper e seu aluno de doutorado John Robert Schrieffer, propôs a teoria padrão da supercondutividade conhecida como teoria BCS nomeada por suas iniciais.
O Prêmio Nobel de Física em 1972
Em 1972, Bardeen dividiu o Prêmio Nobel de Física com Leon N Cooper da Brown University e John Robert Schrieffer da Universidade da Pensilvânia "por sua teoria conjuntamente desenvolvida da supercondutividade, usualmente chamada de teoria BCS". Este foi o segundo Prêmio Nobel em Física de Bardeen. Ele se tornou a primeira pessoa a ganhar dois Prêmios Nobel no mesmo campo. Apenas três outros já receberam mais de um Prêmio Nobel.
Bardeen trouxe seus três filhos para a cerimônia do Prêmio Nobel em Stockholm. Bardeen deu muito de seu dinheiro do Prêmio Nobel para financiar as Fritz London Memorial Lectures na Duke University.
Outros prêmios
Além de ser premiado com o prêmio Nobel duas vezes, Bardeen tem numerosos outros prêmios incluindo:
- 1952 Stuart Ballantine Medal do Franklin Institute.
- 1959 eleito Fellow da American Academy of Arts and Sciences
- 1965 Medalha Nacional de Ciência.
- 1971 IEEE Medal of Honor por "suas contribuições profundas para o entendimento da condutividade dos sólidos, para a invenção do transistor, e para a teoria microscópica da supercondutividade."
- Eleito Membro Estrangeiro da Royal Society ForMemRS em 1973.
- 1975 Franklin Medal.
- Em 10 de janeiro de 1977, John Bardeen recebeu a Medalha Presidencial da Liberdade do Presidente Gerald Ford. Ele foi representado na cerimônia por seu filho, William Bardeen.
- Bardeen foi um dos 11 recipientes do Third Century Award do Presidente George H. W. Bush em 1990 por "contribuições excepcionais para a sociedade americana" e recebeu uma medalha de ouro da Academia de Ciências Soviética em 1988.
- 1987 Golden Plate Award da American Academy of Achievement
Xerox
Bardeen também foi um conselheiro importante para a Corporação Xerox. Embora tranquilo por natureza, ele deu o passo atípico de instando executivos da Xerox a manter seu centro de pesquisa na Califórnia, Xerox PARC, operacional quando a empresa-mãe era suspeitosa de que seu centro de pesquisa renderia pouco.
Vida pessoal
Bardeen casou-se com Jane Maxwell em 18 de julho de 1938. Enquanto estava em Princeton, ele conheceu Jane durante uma visita a seus antigos amigos em Pittsburgh.
Bardeen foi um cientista com uma personalidade muito modesta. Enquanto servia como professor por quase 40 anos na Universidade de Illinois, ele foi mais lembrado pelos vizinhos por fazer churrascos onde prepararia comida para seus amigos, muitos dos quais não tinham conhecimento de suas realizações na universidade. Ele sempre perguntava aos seus convidados se gostavam do pão do hambúrguer tostado, já que ele gostava assim. Ele desfrutava jogando golfe e fazendo piqueniques com sua família. Lillian Hoddeson, uma historiadora da Universidade de Illinois que escreveu um livro sobre Bardeen, disse que porque ele "diferiu radicalmente do estereótipo popular de 'gênio' e
