John Bardeen - John Bardeen

Jean Bardeen
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Née ( 1908-05-23 )23 mai 1908
Madison, Wisconsin , États-Unis
Décédés 30 janvier 1991 (1991-01-30)(82 ans)
Boston, Massachusetts , États-Unis
Éducation Université du Wisconsin ( BS , MS )
Université de Princeton ( PhD )
Connu pour
Conjoint(s)
Jane Maxwell
​
( M.  1938 )
Enfants
Récompenses
Carrière scientifique
Des champs La physique
Établissements Bell Telephone Laboratories
Université de l'Illinois à Urbana-Champaign
Thèse Théorie quantique de la fonction de travail  (1936)
Conseiller de doctorat Eugène Wigner
Doctorants

John Bardeen ( / b ɑːr d Ï n / , 23 mai, 1908-1930 Janvier, 1991) était un Américain ingénieur et physicien . Il est le seul à avoir reçu deux fois le prix Nobel de physique : une première en 1956 avec William Shockley et Walter Brattain pour l'invention du transistor ; et encore en 1972 avec Leon N Cooper et John Robert Schrieffer pour une théorie fondamentale de la supraconductivité conventionnelle connue sous le nom de théorie BCS .

Le transistor a révolutionné l'industrie électronique, rendant possible le développement de presque tous les appareils électroniques modernes, des téléphones aux ordinateurs , et inaugurant l' ère de l' information . Les développements de Bardeen dans le domaine de la supraconductivité, pour lesquels il a reçu son deuxième prix Nobel, sont utilisés en spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) et en imagerie par résonance magnétique médicale (IRM).

Né et élevé dans le Wisconsin , Bardeen a obtenu un doctorat en physique de l' Université de Princeton . Après avoir servi pendant la Seconde Guerre mondiale , il a été chercheur aux Bell Labs et professeur à l' Université de l'Illinois . En 1990, Bardeen figurait sur la liste des « 100 Américains les plus influents du siècle » du magazine Life .

Éducation et jeunesse

Bardeen est né à Madison, Wisconsin , le 23 mai 1908. Il était le fils de Charles Bardeen , le premier doyen de la faculté de médecine de l'Université du Wisconsin.

Bardeen a fréquenté le lycée universitaire de Madison. Il a obtenu son diplôme de l'école en 1923 à 15 ans. Il aurait pu obtenir son diplôme plusieurs années plus tôt, mais cela a été reporté parce qu'il a suivi des cours dans un autre lycée et à cause du décès de sa mère. Il entra à l' Université du Wisconsin en 1923. Pendant ses études, il rejoignit la fraternité Zeta Psi . Il a augmenté les cotisations nécessaires en partie en jouant au billard. Il a été initié en tant que membre de la société d'honneur d'ingénierie Tau Beta Pi . Il a choisi l'ingénierie parce qu'il ne voulait pas être un universitaire comme son père. Il a également estimé que l'ingénierie avait de bonnes perspectives d'emploi.

Bardeen a obtenu son baccalauréat ès sciences en génie électrique en 1928 de l' Université du Wisconsin-Madison . Il obtient son diplôme en 1928 malgré une année sabbatique pour travailler à Chicago. Il a suivi tous les cours d'études supérieures en physique et en mathématiques qui l'avaient intéressé, et il a obtenu son diplôme en cinq ans au lieu des quatre habituels. Cela lui a permis de terminer sa thèse de maîtrise, qui a été supervisée par Leo J. Peters. Il a obtenu sa maîtrise ès sciences en génie électrique en 1929 du Wisconsin.

Bardeen a poursuivi ses études en restant au Wisconsin, mais il est finalement allé travailler pour Gulf Research Laboratories , la branche de recherche de la Gulf Oil Corporation basée à Pittsburgh . De 1930 à 1933, Bardeen y travaille au développement de méthodes d'interprétation des levés magnétiques et gravitationnels. Il a travaillé comme géophysicien. Après que le travail n'a pas réussi à garder son intérêt, il a postulé et a été accepté au programme d'études supérieures en mathématiques à l'Université de Princeton .

En tant qu'étudiant diplômé, Bardeen a étudié les mathématiques et la physique. Sous la direction du physicien Eugene Wigner , il finit par rédiger sa thèse sur un problème de physique du solide . Avant de terminer sa thèse, il s'est vu proposer un poste de Junior Fellow de la Society of Fellows de l'Université Harvard en 1935. Il y a passé les trois années suivantes, de 1935 à 1938, à travailler avec les futurs lauréats du prix Nobel de physique John Hasbrouck van Vleck et Percy Williams Bridgman sur les problèmes de cohésion et de conduction électrique dans les métaux, et a également effectué des travaux sur la densité de niveau des noyaux. Il a obtenu son doctorat. en physique mathématique de Princeton en 1936.

Carrière et recherche

Service de la Seconde Guerre mondiale

De 1941 à 1944, Bardeen a dirigé le groupe travaillant sur les mines magnétiques et les torpilles et les contre-mesures contre les mines et les torpilles au Naval Ordnance Laboratory . Durant cette période, sa femme Jane a donné naissance à un fils (Bill, né en 1941) et une fille (Betsy, née en 1944).

Laboratoires Bell

John Bardeen, William Shockley et Walter Brattain aux Bell Labs, 1948

En octobre 1945, Bardeen a commencé à travailler aux Bell Labs . Il était membre d'un groupe de physique des solides , dirigé par William Shockley et le chimiste Stanley Morgan. D'autres membres du personnel travaillant dans le groupe étaient Walter Brattain , le physicien Gerald Pearson , le chimiste Robert Gibney, l'expert en électronique Hilbert Moore et plusieurs techniciens. Il a déménagé sa famille à Summit, New Jersey .

La mission du groupe était de rechercher une alternative à l'état solide aux fragiles amplificateurs à tube à vide en verre . Leurs premières tentatives étaient basées sur les idées de Shockley sur l'utilisation d'un champ électrique externe sur un semi - conducteur pour affecter sa conductivité. Ces expériences ont mystérieusement échoué à chaque fois dans toutes sortes de configurations et de matériaux. Le groupe était au point mort jusqu'à ce que Bardeen suggère une théorie qui invoque des états de surface qui empêchent le champ de pénétrer dans le semi-conducteur. Le groupe a changé d'orientation pour étudier ces états de surface et s'est réuni presque quotidiennement pour discuter du travail. Le rapport du groupe était excellent et les idées ont été librement échangées. À l'hiver 1946, ils eurent suffisamment de résultats pour que Bardeen soumette un article sur les états de surface à Physical Review . Brattain a commencé des expériences pour étudier les états de surface à travers des observations faites en projetant une lumière vive sur la surface du semi-conducteur. Cela a conduit à plusieurs autres articles (dont l'un co-écrit avec Shockley), qui estimaient que la densité des états de surface était plus que suffisante pour expliquer l'échec de leurs expériences. Le rythme des travaux s'est considérablement accéléré lorsqu'ils ont commencé à entourer les contacts ponctuels entre le semi-conducteur et les fils conducteurs d' électrolytes . Moore a construit un circuit qui leur a permis de faire varier facilement la fréquence du signal d'entrée et leur a suggéré d'utiliser du borate de glycol (gu), un produit chimique visqueux qui ne s'évapore pas. Enfin, ils ont commencé à obtenir des preuves d'amplification de puissance lorsque Pearson, agissant sur une suggestion de Shockley, a mis une tension sur une goutte de gu placée à travers une jonction p-n .

L'invention du transistor

Articles détaillés : Transistor et Histoire du transistor
Une réplique stylisée du premier transistor inventé aux Bell Labs le 23 décembre 1947

Le 23 décembre 1947, Bardeen et Brattain travaillaient sans Shockley lorsqu'ils réussirent à créer un transistor à contact ponctuel qui réalisait une amplification. Le mois suivant, les conseils en brevets de Bell Labs ont commencé à travailler sur les demandes de brevet.

Les avocats de Bell Labs ont rapidement découvert que le principe d'effet de champ de Shockley avait été anticipé et breveté en 1930 par Julius Lilienfeld , qui a déposé son brevet de type MESFET au Canada le 22 octobre 1925.

Shockley a publiquement pris la part du lion du crédit pour l'invention du transistor ; cela a conduit à une détérioration de la relation de Bardeen avec Shockley. La direction de Bell Labs, cependant, a systématiquement présenté les trois inventeurs comme une équipe. Shockley a finalement rendu furieux et aliéné Bardeen et Brattain, et il a essentiellement empêché les deux de travailler sur le transistor de jonction. Bardeen a commencé à poursuivre une théorie de la supraconductivité et a quitté Bell Labs en 1951. Brattain a refusé de travailler davantage avec Shockley et a été affecté à un autre groupe. Ni Bardeen ni Brattain n'ont eu grand chose à voir avec le développement du transistor au-delà de la première année après son invention.

Le "transistor" (un portemanteau de "transconductance" et de "résistance") mesurait 1/50 de la taille des tubes à vide qu'il remplaçait dans les téléviseurs et les radios, utilisait beaucoup moins d'énergie, était beaucoup plus fiable et permettait aux appareils électriques de devenir plus compact.

Université de l'Illinois à Urbana-Champaign

Une plaque commémorative en souvenir de John Bardeen et de la théorie de la supraconductivité, à l' Université de l'Illinois à Urbana-Champaign

En 1951, Bardeen cherchait un nouvel emploi. Fred Seitz, un ami de Bardeen, a convaincu l' Université de l'Illinois à Urbana-Champaign de faire à Bardeen une offre de 10 000 $ par an. Bardeen a accepté l'offre et a quitté Bell Labs. Il a rejoint les facultés d'ingénierie et de physique de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign en 1951. Il a été professeur de génie électrique et de physique à l'Illinois. Son doctorat étudiant Nick Holonyak (1954), a inventé la LED en 1962.

À l'Illinois, il a établi deux programmes de recherche majeurs, l'un au département de génie électrique et l'autre au département de physique. Le programme de recherche du département de génie électrique traitait à la fois des aspects expérimentaux et théoriques des semi-conducteurs, et le programme de recherche du département de physique traitait des aspects théoriques des systèmes quantiques macroscopiques, en particulier la supraconductivité et les liquides quantiques.

Il a été professeur actif à l'Illinois de 1951 à 1975, puis est devenu professeur émérite. Plus tard dans sa vie, Bardeen est resté actif dans la recherche universitaire, période au cours de laquelle il s'est concentré sur la compréhension du flux d'électrons dans les ondes de densité de charge (CDW) à travers des composés métalliques à chaîne linéaire. Ses propositions selon lesquelles le transport d'électrons CDW est un phénomène quantique collectif (voir Phénomènes quantiques macroscopiques ) ont d'abord été accueillies avec scepticisme. Cependant, des expériences rapportées en 2012 montrent des oscillations du courant CDW par rapport au flux magnétique à travers des anneaux de trisulfure de tantale, similaires au comportement des dispositifs d'interférence quantique supraconducteurs (voir SQUID et effet Aharonov-Bohm ), donnant foi à l'idée que le transport collectif d'électrons CDW est fondamentalement quantique dans la nature. (Voir mécanique quantique .) Bardeen a poursuivi ses recherches tout au long des années 1980 et a publié des articles dans Physical Review Letters et Physics Today moins d'un an avant sa mort.

Une collection de papiers personnels de Bardeen est détenue par les archives de l'Université de l'Illinois.

Le prix Nobel de physique en 1956

En 1956, John Bardeen partage le prix Nobel de physique avec William Shockley du Semiconductor Laboratory de Beckman Instruments et Walter Brattain des Bell Telephone Laboratories « pour leurs recherches sur les semi-conducteurs et leur découverte de l'effet transistor ».

Lors de la cérémonie du prix Nobel à Stockholm , Brattain et Shockley ont reçu leur prix ce soir-là des mains du roi Gustave VI Adolf . Bardeen n'a amené qu'un de ses trois enfants à la cérémonie du prix Nobel. Le roi Gustav a réprimandé Bardeen à cause de cela, et Bardeen a assuré le roi que la prochaine fois il amènerait tous ses enfants à la cérémonie. Il a tenu sa promesse.

Théorie BCS

Article principal: théorie BCS

En 1957, Bardeen, en collaboration avec Leon Cooper et son doctorant John Robert Schrieffer , proposa la théorie standard de la supraconductivité connue sous le nom de théorie BCS (du nom de leurs initiales).

Le prix Nobel de physique en 1972

En 1972, Bardeen a partagé le prix Nobel de physique avec Leon N Cooper de l'Université Brown et John Robert Schrieffer de l' Université de Pennsylvanie « pour leur théorie de la supraconductivité développée conjointement, généralement appelée théorie BCS ». C'était le deuxième prix Nobel de physique de Bardeen. Il est devenu la première personne à remporter deux prix Nobel dans le même domaine. Seuls trois autres ont déjà reçu plus d'un prix Nobel.

Bardeen a amené ses trois enfants à la cérémonie du prix Nobel à Stockholm. Bardeen a donné une grande partie de l'argent de son prix Nobel pour financer les conférences commémoratives Fritz London à l'Université Duke .

Autres récompenses

En plus d'avoir reçu le prix Nobel à deux reprises, Bardeen a de nombreux autres prix, notamment :

Photocopier

Bardeen était également un important conseiller de Xerox Corporation . Bien que silencieux par nature, il a pris la mesure inhabituelle d'exhorter les dirigeants de Xerox à maintenir leur centre de recherche californien, Xerox PARC , à flot lorsque la société mère soupçonnait que son centre de recherche représenterait peu.

Vie privée

Bardeen a épousé Jane Maxwell le 18 juillet 1938. À Princeton, il a rencontré Jane lors d'une visite à ses vieux amis à Pittsburgh .

Bardeen était un scientifique avec une personnalité très modeste. Alors qu'il a été professeur pendant près de 40 ans à l'Université de l'Illinois, ses voisins se souviennent mieux de lui pour avoir organisé des barbecues où il préparait à manger pour ses amis, dont beaucoup n'étaient pas au courant de ses réalisations à l'université. Il demandait toujours à ses invités s'ils aimaient le pain à hamburger grillé (puisqu'il aimait le sien de cette façon). Il aimait jouer au golf et faire des pique-niques avec sa famille. Lillian Hoddeson, une historienne de l'Université de l'Illinois qui a écrit un livre sur Bardeen, a déclaré que parce qu'il « différait radicalement du stéréotype populaire du « génie » et qu'il n'était pas intéressé à apparaître autrement qu'à l'ordinaire, le public et les médias l'ignoraient souvent ».

Lorsque Bardeen a été interrogé sur ses croyances lors d'une interview en 1988, il a répondu : « Je ne suis pas une personne religieuse, et donc n'y pense pas beaucoup ». Cependant, il a également déclaré: "Je pense que la science ne peut pas fournir de réponse aux questions ultimes sur le sens et le but de la vie." Bardeen croyait en un code de valeurs morales et de comportement. Les enfants de John Bardeen ont été emmenés à l'église par sa femme, qui enseignait l'école du dimanche et était un ancien de l'église. Malgré cela, lui et sa femme ont clairement indiqué qu'ils n'avaient pas foi en une vie après la mort et en d'autres idées religieuses.

Décès

Bardeen est décédé d' une maladie cardiaque à l'âge de 82 ans au Brigham and Women's Hospital de Boston , Massachusetts , le 30 janvier 1991. Bien qu'il ait vécu à Champaign-Urbana , il était venu à Boston pour une consultation médicale. Bardeen et sa femme Jane (1907-1997) sont enterrés au cimetière de Forest Hill , à Madison, dans le Wisconsin. Ils laissent dans le deuil trois enfants, James , William et Elizabeth Bardeen Greytak, et six petits-enfants.

Héritage

Vers la fin de cette décennie, lorsqu'ils commencent à énumérer les noms des personnes qui ont eu le plus d'impact sur le 20e siècle, le nom de John Bardeen, décédé la semaine dernière, doit être proche, voire peut-être même au sommet de la liste ... M. Bardeen a partagé deux prix Nobel et a reçu de nombreux autres honneurs. Mais quel plus grand honneur peut-il y avoir lorsque chacun de nous peut regarder tout autour de nous et voir partout les souvenirs d'un homme dont le génie a rendu nos vies plus longues, plus saines et meilleures.

— Éditorial du Chicago Tribune , 3 février 1991

En l'honneur du professeur Bardeen, le quadrilatère d' ingénierie de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign est nommé Bardeen Quad.

Également en l'honneur de Bardeen, Sony Corporation a doté, à partir de 1990, une chaire professorale John Bardeen de 3 millions de dollars à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign. avec des chercheurs de l'Illinois. L'actuel professeur John Bardeen est Nick Holonyak , doctorant et protégé de Bardeen.

Au moment de la mort de Bardeen, le chancelier de l'Université de l'Illinois de l'époque, Morton Weir, a déclaré : « C'est une personne rare dont le travail change la vie de chaque Américain, c'est le cas de John.

Bardeen a été honoré sur un timbre-poste des États-Unis du 6 mars 2008 dans le cadre de la série « American Scientists » conçue par l'artiste Victor Stabin . Le timbre de 0,41 $ a été dévoilé lors d'une cérémonie à l'Université de l'Illinois. Sa citation se lit comme suit : "Le physicien théoricien John Bardeen (1908-1991) a partagé le prix Nobel de physique à deux reprises - en 1956, en tant que co-inventeur du transistor et en 1972, pour l'explication de la supraconductivité. Le transistor a ouvert la voie à tous les l'électronique, des ordinateurs aux micropuces. Les diverses applications de la supraconductivité incluent les capteurs infrarouges et les systèmes d'imagerie médicale. Les autres scientifiques de la feuille « American Scientists » comprennent le biochimiste Gerty Cori , le chimiste Linus Pauling et l'astronome Edwin Hubble .

Les références

Liens externes