约翰·巴丁

**約翰・巴丁**（英語：John Bardeen，1908 年 5 月 23 日 —1991 年 1 月 30 日）是一名美國物理學家和工程師。他是唯一一個兩度獲得諾貝爾物理學獎的人：第一次是在 1956 年與威廉・肖克利和沃爾特・布拉頓一起發明電晶體；第二次是在 1972 年與利昂・庫珀和約翰・施里弗一起發明被稱為 BCS 理論的傳統超導現象的基本理論。

電晶體徹底改變了電子工業，使從電話到電腦的幾乎所有現代電子設備的發展成為可能，並開創了資訊時代。巴丁在超導方面的發展使他獲得他的第二個諾貝爾獎 —— 被用於核磁共振光譜（NMR）、醫學磁共振成像（MRI）和超導量子電路。

巴丁在威斯康辛州出生和長大，在普林斯頓大學獲得物理學博士學位。在第二次世界大戰中服役後，他曾在貝爾實驗室擔任研究員，並在伊利諾大學擔任教授。1990 年，巴丁被《生活》雜誌評為「本世紀最具影響力的 100 位美國人」之一。

## 生平

### 早年

1908 年 5 月 23 日，約翰・巴丁出生在威斯康星州麥迪遜市。他是父親查爾斯・拉塞爾・巴丁（Charles Russell Bardeen）博士與母親海倫・哈默（Althea Harmer）的第 2 個兒子。他的父親是威斯康星大學麥迪遜分校解剖學教授和第 1 任醫學院院長。他的母親海倫・巴丁結婚前曾任教於杜威實驗學校（J. Dewey The laboratory school，即今日芝加哥大學實驗學校），從事室內裝潢業務。結婚後她是一個藝術界活躍人物。

約翰・巴丁的很早就顯現數學才能。他的七年級數學老師鼓勵巴丁繼續進修。約翰・巴丁 12 歲時，母親因患癌症而病重。

巴丁在麥迪遜市的一所大學附屬高中就讀。他也同時參加了另一所高中的額外課程。他的母親在此期間去世。1923 年，他從高中畢業，時年 15 歲。

### 高等教育經歷

1923 年，他考入威斯康星大學麥迪遜分校電機工程系。因為他不想像父親一樣成為學者，所以選擇了具有更好就業前景的工程學。大學期間，他參加了高校兄弟會「Zeta Psi」和高校學生榮譽組織「Tau Beta Pi」。他在本科階段參加了所有自己感興趣的數理方向的碩士研究生課程。他曾花費了 1 年時間在芝加哥工作，結果多拖了 1 年才畢業。1928 年，巴丁獲得電氣工程理學士學位。因學識積累豐富，他在威斯康辛大學升學就讀碩士 1 年之後（1929 年），就在列歐・皮特茲（Leo J. Peters）的指導下取得了電氣工程碩士學位。他的數學導師是沃倫・韋弗和愛德華・凡弗萊克。他的主要物理導師是約翰・哈斯・布勞克・凡弗萊克，保羅・狄拉克、沃納・海森堡和阿諾・索末菲也影響他很多。

1929 年，巴丁未能進入劍橋大學三一學院就讀，留在威斯康星大學進行研究，擔任電機工程研究助理 1。後來，他去了海灣石油公司的研究部門「匹茲堡大學海灣研究實驗中心」（University of Pittsburgh Applied Research Center）。1930 年到 1933 年，巴丁在那裡參與地球磁場及重力場勘測方法的研究。對工作厭倦之後，他於 1933 年又前往普林斯頓大學讀博士。巴丁的論文選題方向是固態物理，導師是尤金・維格納。

1935 年，還在完成論文的他收到了來自哈佛才俊協會（Society of Fellows at Harvard University）的邀請，並成為其初級研究會員。1935 年到 1938 年，他在哈佛與約翰・凡扶累克和珀西・布里奇曼等人合作研究金屬的內聚和導電性和原子核能級密度。1936 年，他獲得普林斯頓大學數學物理博士學位。

### 加入貝爾實驗室

1938 年到 1941 年間，巴丁擔任明尼蘇達大學助理教授，1941 年到 1945 年在華盛頓海軍軍械實驗室工作。1945 年 10 月，約翰・巴丁在貝爾電話公司實驗研究所研究半導體及金屬的導電機制、半導體表面性能等問題。巴丁是固態物理組的成員。組長是威廉・肖克利和化學家斯坦利・摩根（Stanley Morgan）。其他組員還包括沃爾特・布拉頓、物理學家傑拉爾德・皮爾遜（Gerald Pearson），化學家羅伯特・吉尼（Robert Gibney），電子專家希爾伯特・摩爾（Hilbert Moore）和幾個技術員。他搬家到新澤西州薩米市。巴丁在麻薩諸塞州學校認識肖克利。巴丁在普林斯頓大學時代通過布拉頓的兄弟鮑勃・布拉頓認識了布拉頓。鮑勃・布拉頓也是普林斯頓大學的學生。無論是在實驗室或高爾夫球場，巴丁和布拉頓在週末把所有時間都放在實驗和組織理論。

該小組的任務是尋求一種固態放大器來取代易碎的真空管放大器。他們的第 1 個嘗試是根據肖克利的構想，使用從外部施加的電場來影響半導體的導電性。這些實驗用遍了各種材料和搭配，但是都失敗了。等到巴丁提出一種有關表面態的理論，研究才開始出現轉機。巴丁猜想半導體物質的表面存在著一種機制，能激發出一種可防止自身被外場貫穿的特殊狀態。小組於是將研究重點改為材料的表面狀態，之後幾乎每日都有長談。小組的交流氣氛很棒，眾人都能各抒己見。

到 1946 年冬，巴丁他們已經有足夠多的研究成果，於是向《物理評論》提交了一篇關於表面態的論文。布拉頓開始研究當亮光照射在半導體表面狀態時，其表面態有何可觀察的物理變化。這項研究又多產出了幾篇論文（其中有一篇有肖克利參與），不僅能更充分地解釋他們之前實驗失敗的原因，還能估計表面態的分布密度。這些工作涉及到半導體、導線和電解質之間的點接觸（point contacts），向前邁進了一大步。

摩爾建立了一種易於調節頻率的電路，並建議使用一種不易蒸發的化學物質硼酸二醇（glycol borate，gu）。最終，當皮爾遜經肖克利的提醒，在 P-N 結兩端的 gu 液滴上施加電壓時，他們發現了顯示能量已增幅的跡象。

1947 年，巴丁和布拉頓發明了半導體三極體（雙極性電晶體）。一個月後，肖克利發明了 P-N 結電晶體。電晶體效應的發現導致三人後來共同獲得了 1956 年諾貝爾物理學獎。

### 任職伊利諾伊大學

在 1951 年，巴丁的朋友佛萊德・錫思幫巴丁說服伊利諾大學厄巴納 - 香檳分校，提供巴丁一份年薪一萬元的工作。巴丁由於和肖克利不合，接受了聘用後，離開貝爾實驗室，進入伊利諾大學香檳分校電機學院和物理學院擔任教授。巴丁建立了 2 個主要研究計畫，一個計畫在電機系，另一個在物理系。電機系的研究計畫是關於半導體實驗和理論，物理系的研究計畫是關於宏觀量子理論，特別是量子超導性和量子液體。他的第 1 個博士學生正是後來在 1962 年發明了 LED 的尼克・何倫亞克。

1950 年代早期，巴丁就已經開始考慮超導電性的問題。他意識到電子與聲子的相互作用是解決問題的關鍵。1953 年，約翰・施里弗來到伊利諾大學，在巴丁的指導下攻讀物理學博士學位，並選擇超導問題作為博士論文題目。在普林斯頓高等研究院的楊振寧推薦下，剛從哥倫比亞大學獲得博士學位不久的利昂・庫珀開始與巴丁和施里弗進行合作。1957 年，巴丁和庫珀、施里弗共同創立了 BCS 理論，對超導電性做出了合理的解釋。他們三人後來也因此獲得 1972 年諾貝爾物理學獎。巴丁也成為第一位，也是目前為止唯一一位兩次獲得諾貝爾物理學獎的人。

巴丁在 1951-1975 年間非常活躍，之後更成為榮譽教授。

### 晚年

### 研究工作

## 個人生活

1938 年，巴丁與簡・麥克斯韋（Jane Maxwell）結婚，婚後育有兩子一女。巴丁業餘時間喜歡旅遊和高爾夫球。

## 傳記

* Lillian Hoddeson; Vicki Daitch. _True genius : the life and science of John Bardeen_ [真正的天才：約翰・巴丁的科研與生活] 1. Washington, D.C.: Joseph Henry Press. 2002. ISBN 0-309-08408-3 （英語）. 
  * 漢譯版：Lillian Hoddeson; Vicki Daitch. _True genius : the life and science of John Bardeen_ [曠世奇才 —— 巴丁傳]. 哲人石叢書。文慧靜 (翻譯), 沈衡 (翻譯) 1. 中國上海：上海科技教育出版社. 2007 [2002]. ISBN 978-7-5428-4362-3 （中文（中國大陸））.

## 榮譽與獎項

## 紀念

## 參閱

* 電晶體
* BCS 理論

## 參考資料

### 文內引用

### 補充來源

* Walter Brattain. _Crystal Fire_. : 127 （英語）.

## 外部連結

* 《大英百科全書》中的條目：約翰・巴丁（英文）
* 約翰・巴丁在數學譜系計畫的資料。
* 约翰・巴丁简介。諾貝爾官方網站. [2007-10-23]. （原始內容存檔於 2018-01-08） （英語）.
* 約翰・巴丁 at Goodreads
* 約翰・巴丁在科學維基上的條目