约翰·巴丁

约翰·巴丁（John Bardeen，1908年5月23日－1991年1月30日）是20世纪最伟大的一名美国物理学家和工程师之一。他是唯一一个两度获得诺贝尔物理学奖的人：第一次是在1956年与威廉·肖克利和沃尔特·布拉顿一起发明晶体管；第二次是在1972年与利昂·库珀和约翰·施里弗一起发明被称为BCS理论的传统超导现象的基本理论。

晶体管彻底改变了电子工业，使从电话到电脑的几乎所有现代电子设备的发展成为可能，并开创了信息时代。巴丁在超导方面的发展使他获得他的第二个诺贝尔奖——被用于核磁共振光谱（NMR）、医学磁共振成像（MRI）和超导量子电路。

巴丁在威斯康辛州出生和长大，在普林斯顿大学获得物理学博士学位。在第二次世界大战中服役后，他曾在贝尔实验室担任研究员，并在伊利诺伊大学担任教授。1990年，巴丁被《生活》杂志评为“本世纪最具影响力的100位美国人”之一。

## 生平

### 早年

1908年5月23日，约翰·巴丁出生在威斯康星州麦迪逊市。他是父亲查尔斯·拉塞尔·巴丁（Charles Russell Bardeen）博士与母亲海伦·哈默（Althea Harmer）的第2个儿子。他的父亲是威斯康星大学麦迪逊分校解剖学教授和第1任医学院院长。他的母亲海伦·巴丁结婚前曾任教于杜威实验学校（J. Dewey The laboratory school，即今日芝加哥大学实验学校），从事室内装潢业务。结婚后她是一个艺术界活跃人物。

约翰·巴丁的很早就显现数学才能。他的七年级数学老师鼓励巴丁继续进修。约翰·巴丁12岁时，母亲因患癌症而病重。

巴丁在麦迪逊市的一所大学附属高中就读。他也同时参加了另一所高中的额外课程。他的母亲在此期间去世。1923年，他从高中毕业，时年15岁。

### 高等教育经历

1923年，他考入威斯康星大学麦迪逊分校电机工程系。因为他不想像父亲一样成为学者，所以选择了具有更好就业前景的工程学。大学期间，他参加了高校兄弟会“Zeta Psi”和高校学生荣誉组织“Tau Beta Pi”。他在本科阶段参加了所有自己感兴趣的数理方向的硕士研究生课程。他曾花费了1年时间在芝加哥工作，结果多拖了1年才毕业。1928年，巴丁获得电气工程理学士学位。因学识积累丰富，他在威斯康辛大学升学就读硕士1年之后（1929年），就在列欧·皮特兹（Leo J. Peters）的指导下取得了电气工程硕士学位。他的数学导师是沃伦·韦弗和爱德华·凡弗莱克。他的主要物理导师是约翰·哈斯·布劳克·凡弗莱克，保罗·狄拉克、沃纳·海森堡和阿诺·索末菲也影响他很多。

1929年，巴丁未能进入剑桥大学三一学院就读，留在威斯康星大学进行研究,担任电机工程研究助理1。后来，他去了海湾石油公司的研究部门“匹兹堡大学海湾研究实验中心”（University of Pittsburgh Applied Research Center）。1930年到1933年，巴丁在那里参与地球磁场及重力场勘测方法的研究。对工作厌倦之后，他于1933年又前往普林斯顿大学读博士。巴丁的论文选题方向是固态物理，导师是尤金·维格纳。

1935年，还在完成论文的他收到了来自哈佛才俊协会（Society of Fellows at Harvard University）的邀请，并成为其初级研究会员。1935年到1938年，他在哈佛与约翰·凡扶累克和珀西·布里奇曼等人合作研究金属的内聚和导电性和原子核能级密度。1936年，他获得普林斯顿大学数学物理博士学位。

### 加入贝尔实验室

1938年到1941年间，巴丁担任明尼苏达大学助理教授，1941年到1945年在华盛顿海军军械实验室工作。1945年10月，约翰·巴丁在贝尔电话公司实验研究所研究半导体及金属的导电机制、半导体表面性能等问题。巴丁是固态物理组的成员。组长是威廉·肖克利和化学家斯坦利·摩根（Stanley Morgan）。其他组员还包括沃尔特·布拉顿、物理学家杰拉尔德·皮尔逊（Gerald Pearson），化学家罗伯特·吉尼（Robert Gibney），电子专家希尔伯特·摩尔（Hilbert Moore）和几个技术员。他搬家到新泽西州萨米市。巴丁在马萨诸塞州学校认识肖克利。巴丁在普林斯顿大学时代通过布拉顿的兄弟鲍勃·布拉顿认识了布拉顿。鲍勃·布拉顿也是普林斯顿大学的学生。无论是在实验室或高尔夫球场，巴丁和布拉顿在周末把所有时间都放在实验和组织理论。

该小组的任务是寻求一种固态放大器来取代易碎的真空管放大器。他们的第1个尝试是根据肖克利的构想，使用从外部施加的电场来影响半导体的导电性。这些实验用遍了各种材料和搭配，但是都失败了。等到巴丁提出一种有关表面态的理论，研究才开始出现转机。巴丁猜想半导体物质的表面存在着一种机制，能激发出一种可防止自身被外场贯穿的特殊状态。小组于是将研究重点改为材料的表面状态，之后几乎每日都有长谈。小组的交流气氛很棒，众人都能各抒己见。

到1946年冬，巴丁他们已经有足够多的研究成果，于是向《物理评论》提交了一篇关于表面态的论文。布拉顿开始研究当亮光照射在半导体表面状态时，其表面态有何可观察的物理变化。这项研究又多产出了几篇论文（其中有一篇有肖克利参与），不仅能更充分地解释他们之前实验失败的原因，还能估计表面态的分布密度。这些工作涉及到半导体、导线和电解质之间的点接触（point contacts），向前迈进了一大步。

摩尔建立了一种易于调节频率的电路，并建议使用一种不易蒸发的化学物质硼酸二醇（glycol borate，gu）。最终，当皮尔逊经肖克利的提醒，在P-N结两端的gu液滴上施加电压时，他们发现了显示能量已增幅的迹象。

1947年，巴丁和布拉顿发明了半导体三极管（双极性晶体管）。一个月后，肖克利发明了P-N结晶体管。晶体管效应的发现导致三人后来共同获得了1956年诺贝尔物理学奖。

### 任职伊利诺伊大学

在1951年，巴丁的朋友佛莱德·锡思帮巴丁说服伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校，提供巴丁一份年薪一万元的工作。巴丁由于和肖克利不合，接受了聘用后，离开贝尔实验室，进入伊利诺大学香槟分校电机学院和物理学院担任教授。巴丁建立了2个主要研究计划，一个计划在电机系，另一个在物理系。电机系的研究计划是关于半导体实验和理论，物理系的研究计划是关于宏观量子理论，特别是量子超导性和量子液体。他的第1个博士学生正是后来在1962年发明了LED的尼克·何伦亚克。

1950年代早期，巴丁就已经开始考虑超导电性的问题。他意识到电子与声子的相互作用是解决问题的关键。1953年，约翰·施里弗来到伊利诺大学，在巴丁的指导下攻读物理学博士学位，并选择超导问题作为博士论文题目。在普林斯顿高等研究院的杨振宁推荐下，刚从哥伦比亚大学获得博士学位不久的利昂·库珀开始与巴丁和施里弗进行合作。1957年，巴丁和库珀、施里弗共同创立了BCS理论，对超导电性做出了合理的解释。他们三人后来也因此获得1972年诺贝尔物理学奖。巴丁也成为第一位，也是目前为止唯一一位两次获得诺贝尔物理学奖的人。

巴丁在1951-1975年间非常活跃，之后更成为荣誉教授。

## 个人生活

1938年，巴丁与简·麦克斯韦（Jane Maxwell）结婚，婚后育有两子一女。巴丁业余时间喜欢旅游和高尔夫球。

## 纪念

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## 参阅

- 晶体管
- BCS理论

## 基本资料

- 日语原文：约翰·巴丁、John Bardeen
- 出生日期：1908年5月23日
- 出生地：美国威斯康辛州麦迪逊
- 逝世日期：1991年1月30日
- 逝世地：美国马萨诸塞州波士顿
- 母校：威斯康辛大学麦迪逊分校（BS、MS）、普林斯顿大学PhD
- 知名于：点接触晶体管、场效晶体管、BCS理论、超导现象、表面物理、载体散射、巴丁形式主义、马蒂斯-巴丁理论
- 子女：詹姆斯·M·巴丁、威廉·A·巴丁、伊丽莎白·格雷塔克
- 获奖：斯图亚特·巴兰汀奖章（1952）、奥利弗·巴克利奖（1954）、

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诺贝尔物理学奖（1956）、弗里茨·伦敦纪念奖列表（1962）、美国国家科学奖章（1965）、IEEE荣誉奖章（1971）、

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诺贝尔物理学奖（1972）、皇家学会院士（1973）、罗蒙诺索夫金质奖章（1987）、哈罗德·彭德奖（1988）
- 研究领域：物理学
- 机构：贝尔电话实验室、伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校、明尼苏达大学
- 论文：Quantum Theory of the Work Function
- 论文：https://books.google.com/books?id=FEkvGwAACAAJ
- 论文：1936年
- 博士导师：尤金·维格纳
- 博士生：威廉·L·麦克米伦、约翰·施里弗、尼克·何伦亚克
- 受影响自：约翰·范扶累克