<<< На главную

Подробная биография

   Американский физик и инженер-электрик Джон Бардин родился в городе Мэдисон (штат Висконсин, США). Его отец, Чарлз Р. Бардин, был профессором анатомии и деканом медицинской школы при Висконсинском университете. Его мать Элси (в девичестве Хармер) Бардин умерла в 1920 году, после чего Чарлз Бардин женился на Рут Хеймс. У Джона Бардина было два брата, сестра и сводная сестра.

Бардин учился в начальной школе в Мэдисоне (при этом он перескочил через четвертый, пятый и шестой классы). Затем Джон Бардин поступил в университетскую среднюю школу. Далее он перешел из нее в мэдисонскую центральную среднюю школу, которую окончил в 1923 году.

У Джона Бардина был врожденный порок - тремор руки, но несмотря на это в молодости он был чемпионом по плаванию и хорошим игроком в бильярд.

Потом Бардин поступил в Висконсинский университет, который окончил в 1928 году, получив степень бакалавра по электротехнике. Во время учебы на старших курсах Джон Бардин работал в инженерном отделе "Вестерн электрик компани" (позже этот отдел вошел в "Белл лабораториес").

1929 году Джон Бардин получил степень магистра по электротехнике в Висконсинском университете (за исследование по прикладной геофизике и излучению антенн).
В следующем году Бардин последовал за одним из своих руководителей, американским геофизиком Лео Дж. Питерсом, в Питсбург (штат Пенсильвания), где в компании "Галф рисерч" участвовал в азработке новой методики, позволившей, анализируя карты гравитационной и магнитной напряженностей, определить вероятное расположение нефтяных месторождений.

В 1933 году Джон Бардин поступил в Принстонский университет. Там он изучал математику и физику под руководством Эугена П. Вигнера.

Бардин занялся применении квантовой теории к физике твердого тела. К тому времени квантовая механика уже довольно успешно описывала поведение индивидуальных атомов и частиц внутри атома. Твердые тела подчиняются тем же самым квантово-механическим законам, но, поскольку макроскопическое тело состоит из большого числа атомов, анализ его свойств значительно сложнее.

В 1936 году Джон Бардин получил докторскую степень в Принстоне (за диссертацию, посвященную силам притяжения, удерживающим электроны внутри металла).

После защиты Бардин стал временным научным сотрудником Гарвардского университета, каковым и оставался до 1938 года. В Гарварде Джон Бардин работал вместе с Джоном Г. Ван Флеком и П.У. Бриджменом над проблемами атомной связи и электрической проводимости в металлах.

Джон Бардин женился на Джейн Максвелл в 1938 году, у них было два сына и дочь.
После этого Джон Бардин стал ассистент-профессором в Миннесотском университете, где продолжил свои исследования поведения электронов в металлах.

В период с 1941 по 1945 годы Джон Бардин служил гражданским физиком военно-морской артиллерийской лаборатории в Вашингтоне (округ Колумбия, США), где изучал магнитные поля кораблей (это было необходимо для изготовления торпед, мин, а также борьбы с ними).

В 1945 году Джон Бардин перешел в "Белл лабораториес", где совместно с Уильямом Шокли и Уолтером Браттейном, ему удалось создать полупроводниковые приборы, которые могли не только выпрямлять, но и усиливать электрические сигналы.

В процессе этой работы Уильям Шокли пытался построить полевой транзистором. В этом приборе электрическое поле, индуцированное напряжением, приложенным к полупроводнику, должно было влиять на движение электронов внутри материала. Шокли хотел использовать электрическое поле, чтобы управлять свободными электронами в одном из участков полупроводника и тем самым модулировать ток, текущий через прибор. Кроме того, транзистор мог стать хорошим усилителем, поскольку небольшой сигнал (приложенное напряжение) мог вызвать большие изменения тока, текущего через полупроводник.

Все попытки построить прибор, следуя этому плану, закончились неудачей. Тогда Джон Бардин выдвинул предположение, что внешнее напряжение не создает внутри полупроводника желаемого поля из-за слоя электронов, находящихся на его поверхности. В процессе дальнейших исследований выяснилось, что свойства прибора зависят от освещенности, температуры, поверхности и изменяются при контакте с жидкостями или напылении на полупроводник металлической пленки.

В 1947 году, как только группа хорошо разобралась в поверхностных свойствах полупроводников, Бардин и Браттейн построили первые работающие транзисторы.
Одним из первых был создан точечно-контактный транзистор, сделанный из одного куска германия. Точечными контактами были два тонких "усика" из металла, названные эмиттером и коллектором и прикрепленные к верхней части германиевого блока. Третий контакт, названный базой, был связан с нижней частью блока. Для управления током между эмиттером и коллектором использовался небольшой ток, текущий между эмиттером и базой. Эта идея заменила собой первоначальную идею управления с помощью внешнего электрического поля.

В более позднем варианте (плоскостной триод), точечные контакты убрали, а эмиттер и коллектор сделали из полупроводников с небольшим количеством специальных примесей.
    Транзисторы достаточно быстро вытеснили радиолампы, поскольку были гораздо меньше и дешевле.

В 1951 году Джон Бардин покинул "Белл лабораториес" и занял должности профессора электротехники и профессора физики в Иллинойском университете. Там у Джона Бардина возобновился интерес к теме, которой он занимался в аспирантские годы и которая была прервана второй мировой войной, - проблеме сверхпроводимости и свойств материи при сверхнизких температурах.

Свою работу в этой области Бардин начал с того факта, что в 1950 году несколько физиков обнаружили, что различные изотопы одного и того же металла становятся сверхпроводящими при различных температурах и что критическая температура обратно пропорциональна атомной массе.

Бардин предположил, что в сверхпроводимости металла участвует взаимодействие между подвижными электронами (которые относительно свободны, так что могут двигаться, образуя электрический ток) и колебаниями атомов металла и что в результате этого взаимодействия создается связь электронов друг с другом.

В 1952 году Бардин получил медаль Стюарта Баллантайна Франклиновского института.

В 1954 году Джон Бардин стал лауреатом премии по физике твердого тела Оливера Бакли Американского физического общества.

В 1955 году Бардин получил премия Джона Скотта города Филадельфии.

Джон Бардин разделил Нобелевскую премию по физике за 1956 год с Шокли и Браттейном "за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта".

За некоторое время до этого знаменательного события к исследованиям Джона Бардина присоединились два его студента по Иллинойскому университету - Леон Купер, который вел исследовательскую работу после защиты докторской диссертации, и Дж. Роберт Шриффер, аспирант.
    В 1956 году Купер показал, что электрон, движущийся сквозь регулярную структуру (решетку) металлического кристалла, притягивает ближайшие положительно заряженные атомы, слегка деформируя решетку и создавая кратковременное увеличение концентрации положительного заряда. Эта концентрация положительного заряда в свою очередь притягивает второй электрон, и два электрона образуют пару, связанную друг с другом благодаря искажению кристаллической решетки. Таким путем многие электроны в металле объединяются по два, образуя куперовские пары.

Бардин и Шриффер попытались с помощью концепции Купера объяснить поведение обширной популяции свободных электронов в сверхпроводящем металле, но их постигла неудача. Тогда Шриффер занялся статистическими методами, необходимыми для решения данной проблемы.

После этого Джону Бардину, Куперу и Шрифферу удалось показать, что куперовские пары, взаимодействуя между собой, заставляют многие свободные электроны в сверхпроводнике двигаться единым потоком. Сверхпроводящие электроны образуют единое квантовое состояние, охватывающее все металлическое тело. Критическая температура, при которой возникает сверхпроводимость, определяет степень уменьшения температурных колебаний, когда влияние куперовских пар на координацию движения свободных электронов становится доминирующим. Поскольку возникновение сопротивления при отклонении даже одного электрона от общего потока повлияет на другие электроны, участвующие в сверхпроводимости, то тем самым нарушится единство квантового состояния, а значит такое возмущение весьма мало вероятно. Поэтому сверхпроводящие электроны перемещаются коллективно, без потери энергии.

Достижение Бардина, Купера и Шриффера назвали одним из наиболее важных в теоретической физике с момента создания квантовой теории.

В 1958 году Бардин, Купер и Шриффер предсказали с помощью своей теории сверхтекучесть (отсутствие вязкости и поверхностного натяжения) у жидкого гелия-3 (изотоп гелия, ядро которого содержит два протона и один нейтрон) вблизи абсолютного нуля, что и подтвердилось экспериментально в 1962 году. Ранее сверхтекучесть наблюдалась только у гелия-4 (наиболее распространенный изотоп с одним дополнительным нейтроном), и считалось, что она невозможна у изотопов с нечетным числом ядерных частиц.

В 1959 году Джон Бардин стал работать в Центре фундаментальных исследований Иллинойского университета, продолжая свои изыскания в области физики твердого тела и физики низких температур.

В 1965 году Бардин получил Национальная медаль "За научные достижения" Национального научного фонда.

Бардин, Купер и Шриффер разделили в 1972 году Нобелевскую премию по физике "за совместное создание теории сверхпроводимости, обычно называемой БКШ-теорией".
    В 1971 году Бардин получил почетную медаль Института инженеров по электротехнике и электронике.
    В 1975 году Джон Бардин стал почетным профессором в отставке.
    В 1977 году Бардин получил президентскую медаль Свободы правительства Соединенных Штатов.
    В течение многих лет Джон Бардин был соиздателем журнала "Physical Review". Он член американской Национальной академии наук и Американской академии наук и искусств, был избран членом Американского физического общества.

30 января 1991 года Джон Бардин умер.