John Bardeen ( / bɑːrˈdiːn / ; 23 de mayo de 1908 - 30 de enero de 1991) [ 2 ] fue un físico e ingeniero eléctrico estadounidense . Es la única persona que ha recibido dos veces el Premio Nobel de Física : la primera en 1956, junto con William Shockley y Walter Brattain, por la invención del transistor ; y nuevamente en 1972 con Leon N. Cooper y John Robert Schrieffer para una teoría fundamental de la superconductividad convencional conocida como teoría BCS . [1] [7]
El transistor revolucionó la industria electrónica, haciendo posible el desarrollo de casi todos los dispositivos electrónicos modernos, desde teléfonos hasta computadoras , y marcando el comienzo de la Era de la Información . Los avances de Bardeen en superconductividad, por los que recibió su segundo Premio Nobel, se utilizan en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), imágenes por resonancia magnética médica (IRM) y circuitos cuánticos superconductores.
Nacido y criado en Wisconsin , Bardeen recibió un doctorado. en física de la Universidad de Princeton . Después de servir en la Segunda Guerra Mundial , fue investigador en los Laboratorios Bell y profesor en la Universidad de Illinois . En 1990, Bardeen apareció en la lista de la revista Life de los "100 estadounidenses más influyentes del siglo". [8]
Bardeen es la primera de tres personas que han ganado múltiples premios Nobel en la misma categoría (los otros son Frederick Sanger y Karl Barry Sharpless en química), y una de cinco personas con dos premios Nobel .
Bardeen nació en Madison, Wisconsin , el 23 de mayo de 1908. [9] Era hijo de Charles Bardeen , el primer decano de la Facultad de Medicina de la Universidad de Wisconsin.
Bardeen asistió a la escuela secundaria de la Universidad de Wisconsin en Madison. Se graduó de la escuela en 1923 a los 15 años. [9] Podría haberse graduado varios años antes, pero esto se pospuso porque tomó cursos en otra escuela secundaria y por la muerte de su madre. Bardeen ingresó a la Universidad de Wisconsin en 1923. Mientras estaba en la universidad, se unió a la fraternidad Zeta Psi . Una parte de las cuotas de afiliación necesarias las recaudó jugando al billar. Bardeen se inició como miembro de la sociedad de honor de ingeniería Tau Beta Pi . Al no querer ser un académico como su padre, Bardeen eligió la ingeniería. También consideró que la ingeniería tenía buenas perspectivas laborales. [10]
Bardeen recibió su licenciatura en ingeniería eléctrica en 1928 de la Universidad de Wisconsin. [11] A pesar de tomarse un año libre para trabajar en Chicago, se graduó en 1928. [12] Bardeen tomó todos los cursos de posgrado en física y matemáticas que le habían interesado y se graduó en cinco años en lugar de los cuatro habituales. Esto le dio tiempo para completar su tesis de maestría, supervisada por Leo J. Peters. Recibió su Maestría en Ciencias en Ingeniería Eléctrica en 1929 en Wisconsin. [3] [11]
Bardeen amplió sus estudios quedándose en Wisconsin, pero finalmente comenzó a trabajar para Gulf Research Laboratories , el brazo de investigación de Gulf Oil Corporation que tenía su sede en Pittsburgh . [8] De 1930 a 1933, Bardeen trabajó allí en el desarrollo de métodos para la interpretación de estudios magnéticos y gravitacionales. [9] Trabajó como geofísico. Después de que el trabajo no logró mantener su interés, presentó su solicitud y fue aceptado en el programa de posgrado en matemáticas de la Universidad de Princeton . [10]
Como estudiante de posgrado, Bardeen estudió matemáticas y física. Con el físico Eugene Wigner , escribió su tesis sobre un problema de física del estado sólido . Antes de completar su tesis, le ofrecieron un puesto como miembro junior de la Sociedad de Becarios de la Universidad de Harvard en 1935. Pasó los siguientes tres años allí, de 1935 a 1938, trabajando con los futuros premios Nobel de física John Hasbrouck van Vleck. y Percy Williams Bridgman sobre problemas de cohesión y conducción eléctrica en metales, y también realizó algunos trabajos sobre el nivel de densidad de los núcleos. Recibió su doctorado. en física matemática de Princeton en 1936. [9]
De 1941 a 1944, Bardeen dirigió el grupo que trabajaba en minas y torpedos magnéticos y contramedidas contra minas y torpedos en el Laboratorio de Artillería Naval . Durante este período, su esposa Jane dio a luz a un hijo (Bill, nacido en 1941) y una hija (Betsy, nacida en 1944). [13]
En octubre de 1945, Bardeen comenzó a trabajar en los Laboratorios Bell como miembro de un grupo de física del estado sólido dirigido por William Shockley y el químico Stanley Morgan. Otro personal que trabajó en el grupo fue Walter Brattain , el físico Gerald Pearson , el químico Robert Gibney, el experto en electrónica Hilbert Moore y varios técnicos. Se mudó con su familia a Summit, Nueva Jersey . [14]
La tarea del grupo era buscar una alternativa de estado sólido a los frágiles amplificadores de válvulas de vacío de vidrio . Sus primeros intentos se basaron en las ideas de Shockley sobre el uso de un campo eléctrico externo en un semiconductor para afectar su conductividad. Estos experimentos fracasaron misteriosamente cada vez en todo tipo de configuraciones y materiales. El grupo estuvo paralizado hasta que Bardeen sugirió una teoría que invocaba estados superficiales que impedían que el campo penetrara el semiconductor. El grupo cambió su enfoque para estudiar estos estados superficiales y se reunió casi a diario para discutir el trabajo. La relación del grupo fue excelente y se intercambiaron ideas libremente. [15] En el invierno de 1946, obtuvieron suficientes resultados que Bardeen presentó un artículo sobre los estados de la superficie a Physical Review . Brattain inició experimentos para estudiar los estados de la superficie a través de observaciones realizadas mientras iluminaba con una luz brillante la superficie del semiconductor. Esto llevó a varios artículos más (uno de ellos en coautoría con Shockley), que estimaban que la densidad de los estados de la superficie era más que suficiente para explicar sus experimentos fallidos. El ritmo del trabajo se aceleró considerablemente cuando comenzaron a rodear con electrolitos los puntos de contacto entre el semiconductor y los cables conductores . Moore construyó un circuito que les permitió variar fácilmente la frecuencia de la señal de entrada y sugirió que usaran borato de glicol (gu), una sustancia química viscosa que no se evaporaba. Finalmente, comenzaron a obtener alguna evidencia de amplificación de potencia cuando Pearson, siguiendo una sugerencia de Shockley, [16] puso voltaje en una gota de gu colocada a través de una unión p-n .
El 23 de diciembre de 1947, Bardeen y Brattain estaban trabajando sin Shockley cuando lograron crear un transistor de contacto puntual que lograba amplificación. Al mes siguiente, los abogados de patentes de Bell Labs comenzaron a trabajar en las solicitudes de patente. [17]
Los abogados de Bell Labs pronto descubrieron que el principio del efecto de campo de Shockley había sido anticipado y patentado en 1930 por Julius Lilienfeld , quien presentó su patente similar a MESFET en Canadá el 22 de octubre de 1925. [18]
Shockley se atribuyó públicamente la mayor parte del crédito por la invención del transistor; esto provocó un deterioro de la relación de Bardeen con él. [19] La dirección de Bell Labs, sin embargo, presentó consistentemente a los tres inventores como un equipo. Shockley finalmente enfureció y enajenó a Bardeen y Brattain, esencialmente impidiéndoles trabajar en el transistor de unión. Bardeen comenzó a desarrollar una teoría de la superconductividad y dejó los Laboratorios Bell en 1951. Brattain se negó a seguir trabajando con Shockley y fue asignado a otro grupo. Ni Bardeen ni Brattain tuvieron mucho que ver con el desarrollo del transistor más allá del primer año después de su invención. [20] [21]
El "transistor" (un acrónimo de "transconductancia" y "resistencia") tenía 1/50 del tamaño de los tubos de vacío que reemplazaba en televisores y radios, consumía mucha menos energía, era mucho más confiable y permitía que los dispositivos eléctricos se convirtieran en dispositivos eléctricos. Mas Compacto. [8]
En 1951, Bardeen buscaba un nuevo trabajo. Fred Seitz, un amigo de Bardeen, convenció a la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign para que le hiciera a Bardeen una oferta de 10.000 dólares al año. Bardeen aceptó la oferta y dejó los Laboratorios Bell, [17] incorporándose a las facultades de ingeniería y física de Illinois en 1951, donde fue profesor de ingeniería eléctrica y física. [5]
En Illinois, estableció dos importantes programas de investigación, uno en el departamento de ingeniería eléctrica y otro en el departamento de física. El programa de investigación del departamento de ingeniería eléctrica abordó aspectos tanto experimentales como teóricos de los semiconductores, y el programa de investigación del departamento de física abordó aspectos teóricos de los sistemas cuánticos macroscópicos, en particular la superconductividad y los líquidos cuánticos. [22]
Fue profesor activo en Illinois de 1951 a 1975 y luego se convirtió en profesor emérito . [8] En su vida posterior, Bardeen permaneció activo en la investigación académica, tiempo durante el cual se centró en comprender el flujo de electrones en ondas de densidad de carga (CDW) a través de compuestos de cadena lineal metálica. Sus propuestas [23] [24] [25] de que el transporte de electrones CDW es un fenómeno cuántico colectivo (ver Fenómenos cuánticos macroscópicos ) fueron inicialmente recibidas con escepticismo. [26] Sin embargo, los experimentos reportados en 2012 [27] muestran oscilaciones en la corriente CDW versus el flujo magnético a través de anillos de trisulfuro de tantalio, similares al comportamiento de los dispositivos de interferencia cuántica superconductores (ver SQUID y efecto Aharonov-Bohm ), dando crédito a la idea de que El transporte colectivo de electrones CDW es fundamentalmente de naturaleza cuántica. [28] [29] (Ver mecánica cuántica .) Bardeen continuó su investigación durante la década de 1980 y publicó artículos en Physical Review Letters [30] y Physics Today [31] menos de un año antes de morir.
Los Archivos de la Universidad de Illinois conservan una colección de los documentos personales de Bardeen. [32]
En 1956, John Bardeen compartió el Premio Nobel de Física con William Shockley del Semiconductor Laboratory de Beckman Instruments y Walter Brattain de Bell Telephone Laboratories " por sus investigaciones sobre semiconductores y su descubrimiento del efecto transistor ". [33]
En la ceremonia del Premio Nobel en Estocolmo , Brattain y Shockley recibieron sus premios esa noche de manos del rey Gustavo VI Adolfo . Bardeen llevó sólo a uno de sus tres hijos a la ceremonia del Premio Nobel. El rey Gustav reprendió a Bardeen por esto, y Bardeen le aseguró al rey que la próxima vez traería a todos sus hijos a la ceremonia. Cumplió su promesa. [34]
En 1957, Bardeen, en colaboración con Leon Cooper y su estudiante de doctorado John Robert Schrieffer , propuso la teoría estándar de la superconductividad conocida como teoría BCS (llamada así por sus iniciales). [8]
Bardeen se interesó en la construcción de túneles superconductores en el verano de 1960 después de ser consultor del Laboratorio de Investigación de General Electric en Schenectady, Nueva York, donde conoció los experimentos realizados por Ivar Giaever en el Instituto Politécnico Rensselaer que sugerían que los electrones de un material normal podían formar túneles en un uno superconductor. [35] : 222-223
El 8 de junio de 1962, Brian Josephson , entonces de 23 años, presentó a Physics Letters su predicción de un flujo de supercorriente a través de una barrera, [36] efecto que más tarde se conoció como efecto Josephson . Bardeen cuestionó la teoría de Josephson en una nota en su propio artículo recibida diez días después por Physical Review Letters [35] : 222–225 : [37]
En una nota reciente, Josephson utiliza una formulación algo similar para discutir la posibilidad de un flujo de superfluido a través de la región del túnel, en la que no se crean cuasipartículas. Sin embargo, como señala el autor (referencia 3), el emparejamiento no se extiende hasta la barrera, por lo que no puede haber tal flujo superfluido.
El asunto se discutió más a fondo en la 8ª Conferencia Internacional sobre Física de Bajas Temperaturas celebrada del 16 al 22 de septiembre de 1962 en la Universidad Queen Mary de Londres . Mientras Josephson presentaba su teoría, Bardeen se levantó para describir sus objeciones. Después de un intenso debate, ambos hombres no pudieron llegar a un entendimiento común y, en algunos momentos, Josephson le preguntó repetidamente a Bardeen: "¿Lo calculaste? ¿No? Lo hice". [35] : 225–226
En 1963, se descubrieron pruebas experimentales y aclaraciones teóricas adicionales que respaldaban el efecto Josephson, en particular en un artículo de Philip W. Anderson y John Rowell de los Laboratorios Bell . [38] Después de esto, Bardeen llegó a aceptar la teoría de Josephson y retiró públicamente su oposición anterior a ella en una conferencia celebrada en agosto de 1963. Bardeen también invitó a Josephson como postdoctorado en Illinois para el año académico de 1965-1966, y más tarde nominó a Josephson. y Giaever por el Premio Nobel de Física, que recibieron en 1973. [35] : 226
En 1972, Bardeen compartió el Premio Nobel de Física con Leon N Cooper de la Universidad de Brown y John Robert Schrieffer de la Universidad de Pensilvania "por su teoría de la superconductividad desarrollada conjuntamente, generalmente llamada teoría BCS". [39] Este fue el segundo Premio Nobel de Física de Bardeen. Se convirtió en la primera persona en ganar dos premios Nobel en el mismo campo. [40]
Bardeen llevó a sus tres hijos a la ceremonia del Premio Nobel en Estocolmo. [34] Bardeen donó gran parte del dinero del Premio Nobel para financiar las Conferencias en Memoria de Fritz London en la Universidad de Duke . [41]
A finales de la década de 1960, Bardeen consideró que Cooper y Schrieffer merecían el premio Nobel por BCS. Le preocupaba que no fueran otorgados debido a la reticencia del Comité Nobel a otorgar dos veces a la misma persona, lo que sería su caso como coautor de la teoría. Bardeen nominó para el premio en 1967 a científicos que trabajaron en efectos de túneles superconductores como el efecto Josephson : Leo Esaki , Ivar Giaever y Brian Josephson . Reconoció que debido a que el desarrollo de los túneles dependía de la superconductividad, aumentaría las posibilidades de que el propio BCS fuera adjudicado primero. También razonó que el Comité Nobel tenía predilección por los equipos multinacionales, como era el caso de sus nominados para hacer túneles, cada uno de un país diferente. Bardeen renovó las nominaciones en 1971, 1972, cuando BCS recibió el premio, y finalmente en 1973, cuando se concedió el premio a la construcción de túneles. [35] : 230-231
Es el único doblemente galardonado en física y uno de los tres doblemente galardonados con el mismo premio; los otros son Frederick Sanger , que ganó los premios de química de 1958 y 1980, y Karl Barry Sharpless , que ganó los premios de química de 2001 y 2022 . [42]
Además de haber sido galardonado con el premio Nobel dos veces, Bardeen tiene muchos otros premios, entre ellos:
Bardeen también fue un importante asesor de Xerox Corporation . Aunque tranquilo por naturaleza, tomó la inusual medida de instar a los ejecutivos de Xerox a mantener a flote su centro de investigación de California, Xerox PARC , cuando la empresa matriz sospechaba que su centro de investigación sería poco.
Bardeen se casó con Jane Maxwell el 18 de julio de 1938. Mientras estaba en Princeton, conoció a Jane durante una visita a sus viejos amigos en Pittsburgh .
Bardeen era un científico con una personalidad muy sencilla. Si bien se desempeñó como profesor durante casi 40 años en la Universidad de Illinois, sus vecinos lo recordaban principalmente por organizar comidas al aire libre en las que preparaba comida para sus amigos, muchos de los cuales desconocían sus logros en la universidad. Siempre preguntaba a sus invitados si les gustaba el pan de hamburguesa tostado (ya que a él le gustaba así). Le gustaba jugar golf e ir de picnic con su familia. Lillian Hoddeson dijo que debido a que "se diferenciaba radicalmente del estereotipo popular de 'genio' y no estaba interesado en aparecer fuera de lo común, el público y los medios a menudo lo pasaban por alto". [5]
Cuando se le preguntó a Bardeen sobre sus creencias durante una entrevista en 1988, respondió: "No soy una persona religiosa, así que no pienso mucho en ello". Sin embargo, también ha dicho: "Siento que la ciencia no puede dar una respuesta a las preguntas fundamentales sobre el significado y el propósito de la vida". Bardeen creía en un código de valores y comportamiento morales. [49] Los hijos de John Bardeen fueron llevados a la iglesia por su esposa, quien enseñaba en la escuela dominical y era anciana de la iglesia. [35] : 168–169 A pesar de esto, él y su esposa dejaron en claro que no tenían fe en una vida futura ni en otras ideas religiosas. [50] Era el padre de James M. Bardeen , William A. Bardeen y su hija Elizabeth.
Bardeen murió de una enfermedad cardíaca a los 82 años en el Brigham and Women's Hospital de Boston , Massachusetts , el 30 de enero de 1991. [51] Aunque vivía en Champaign-Urbana , había venido a Boston para una consulta médica. [8] Bardeen y su esposa Jane (1907-1997) están enterrados en el cementerio de Forest Hill , Madison, Wisconsin. [ cita necesaria ] Les sobrevivieron tres hijos, James , William y Elizabeth Bardeen Greytak, y seis nietos. [8]
Cerca del final de esta década, cuando comiencen a enumerar los nombres de las personas que tuvieron el mayor impacto en el siglo XX, el nombre de John Bardeen, que murió la semana pasada, tiene que estar cerca, o quizás incluso en el primer lugar. de la lista... El Sr. Bardeen compartió dos premios Nobel y ha recibido muchos otros honores. Pero, ¿qué mayor honor puede haber cuando cada uno de nosotros puede mirar a nuestro alrededor y ver en todas partes los recordatorios de un hombre cuyo genio ha hecho nuestras vidas más largas, más saludables y mejores?
— Editorial del Chicago Tribune , 3 de febrero de 1991
En honor a Bardeen, el cuadrilátero de ingeniería de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign se llama Bardeen Quad .
También en honor a Bardeen, Sony Corporation otorgó una cátedra John Bardeen de 3 millones de dólares en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, a partir de 1990. [51] Sony Corporation debió gran parte de su éxito a la comercialización de los transistores de Bardeen en televisores y radios portátiles. y había trabajado con investigadores de Illinois. A partir de 2022 [actualizar], el profesor John Bardeen es Yurii Vlasov . [52]
En el momento de la muerte de Bardeen, el entonces rector de la Universidad de Illinois, Morton Weir, dijo: "Es una persona rara cuyo trabajo cambia la vida de cada estadounidense; el de John lo hizo". [40]
Bardeen fue honrado con un sello postal de los Estados Unidos del 6 de marzo de 2008 como parte de la serie "American Scientists" diseñada por el artista Victor Stabin . El sello de 0,41 dólares se dio a conocer en una ceremonia en la Universidad de Illinois. [53] Su cita dice: "El físico teórico John Bardeen (1908-1991) compartió el Premio Nobel de Física dos veces: en 1956, como co-inventor del transistor y en 1972, por la explicación de la superconductividad. El transistor allanó el camino "Para toda la electrónica moderna, desde computadoras hasta microchips. Diversas aplicaciones de la superconductividad incluyen sensores infrarrojos y sistemas de imágenes médicas". Los otros científicos en la hoja "Científicos estadounidenses" incluyen al bioquímico Gerty Cori , el químico Linus Pauling y el astrónomo Edwin Hubble .
Sin embargo, pronto la vida en Summit se volvería fácil y rica para los Bardeen.
La madre de John, Althea, se había criado en la tradición cuáquera y su madrastra, Ruth, era católica, pero John fue decididamente laico durante toda su vida. Una vez lo "cogieron por sorpresa" cuando un entrevistador le hizo una pregunta sobre religión. "No soy una persona religiosa", dijo, "así que no pienso mucho en ello". Continuó con una rara elaboración de sus creencias personales. "Siento que la ciencia no puede proporcionar una respuesta a las preguntas fundamentales sobre el significado y el propósito de la vida. Con la religión, uno puede obtener respuestas basándose en la fe. La mayoría de los científicos las dejan abiertas y tal vez sin respuesta, pero se atienen a un código de valores morales. Para que una sociedad civilizada tenga éxito, debe haber un consenso común sobre los valores morales y el comportamiento moral, teniendo debidamente en cuenta el bienestar de nuestros semejantes. Es probable que haya muchos conjuntos de valores morales compatibles con una sociedad civilizada exitosa. Es cuando entran en conflicto que surjan dificultades."
Cada vez que asistimos a un funeral", le había dicho Jane una vez a su hermana Betty, "decidimos nuevamente que no queremos tal ceremonia cuando muramos". Ella y John acordaron que la familia podría, si así lo deseaban, tener un servicio conmemorativo. dirigido por amigos y familiares, "pero no un sermón de un extraño, quien, si es un ministro, está obligado a insistir en la vida después de la muerte y otras ideas religiosas en las que no tenemos fe".
John Bardeen, coinventor del transistor que condujo a la electrónica moderna y dos veces ganador del Premio Nobel de Física, murió ayer en el Hospital Brigham and Women's de Boston. Tenía 82 años. ...
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