John Bardeen ForMemRS ( / b ɑːr ˈ d iː n / ; 23 de mayo de 1908 - 30 de enero de 1991) [2] fue un físico e ingeniero eléctrico estadounidense . Es la única persona que ha sido galardonada con el Premio Nobel de Física dos veces: primero en 1956 con William Shockley y Walter Brattain por la invención del transistor ; y nuevamente en 1972 con Leon N. Cooper y John Robert Schrieffer por 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.
Bardeen nació y creció en Wisconsin . Obtuvo un doctorado en física en 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 las 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 las 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 la edad de 15 años. [9] Podría haberse graduado varios años antes, pero esto se pospuso porque tomó cursos en otra escuela secundaria y debido a 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 . Recaudó una parte de las cuotas de membresía necesarias jugando al billar. Bardeen fue iniciado 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 sintió que la ingeniería tenía buenas perspectivas laborales. [10]
Bardeen recibió su licenciatura en ciencias 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 de Wisconsin. [3] [11]
Bardeen continuó sus estudios quedándose en Wisconsin, pero finalmente fue a trabajar para Gulf Research Laboratories , el brazo de investigación de Gulf Oil Corporation que tenía su base 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, se postuló 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. Bajo la dirección del físico Eugene Wigner , escribió su tesis sobre un problema de física del estado sólido . Antes de completar su tesis, se le ofreció un puesto como miembro junior de la Society of Fellows 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 en problemas de cohesión y conducción eléctrica en metales, y también realizó algunos trabajos sobre la densidad de niveles de núcleos. Recibió su doctorado en física matemática de Princeton en 1936. [9]
De 1941 a 1944, Bardeen dirigió el grupo que trabajaba en minas magnéticas y torpedos y en 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 Bell Labs como miembro de un grupo de física del estado sólido dirigido por William Shockley y el químico Stanley Morgan. Otros miembros del personal que trabajaban en el grupo eran 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 tubo 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 fallaron 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 en el semiconductor. El grupo cambió su enfoque para estudiar estos estados superficiales, reuniéndose casi a diario para discutir el trabajo. La relación del grupo era excelente y las ideas se intercambiaban libremente. [15] Para el invierno de 1946, tenían suficientes resultados como para que Bardeen presentara un artículo sobre los estados superficiales a Physical Review . Brattain comenzó experimentos para estudiar los estados superficiales a través de observaciones realizadas mientras iluminaba con una luz brillante la superficie del semiconductor. Esto condujo a varios artículos más (uno de ellos en coautoría con Shockley), que estimaban que la densidad de los estados superficiales era más que suficiente para explicar sus experimentos fallidos. El ritmo del trabajo se aceleró significativamente cuando comenzaron a rodear los contactos puntuales entre el semiconductor y los cables conductores con electrolitos . Moore construyó un circuito que les permitió variar la frecuencia de la señal de entrada fácilmente y sugirió que usaran borato de glicol (gu), un químico viscoso que no se evaporaba. Finalmente, comenzaron a obtener alguna evidencia de amplificación de potencia cuando Pearson, siguiendo una sugerencia de Shockley, [16] aplicó un voltaje a una gota de gu colocada a través de una unión p–n .
El 23 de diciembre de 1947, Bardeen y Brattain trabajaban 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 de 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 mérito por la invención del transistor, lo que condujo a un deterioro de la relación de Bardeen con él. [19] Sin embargo, la dirección de Bell Labs presentó sistemáticamente a los tres inventores como un equipo. Shockley acabó enfureciendo y alejando a Bardeen y Brattain, impidiéndoles básicamente trabajar en el transistor de unión. Bardeen empezó a investigar una teoría sobre la superconductividad y abandonó Bell Labs 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 tras su invención. [20] [21]
El "transistor" (un compuesto de "transconductancia" y "resistencia") tenía 1/50 del tamaño de los tubos de vacío que reemplazó en televisores y radios, consumía mucha menos energía, era mucho más confiable y permitía que los dispositivos eléctricos se volvieran más compactos. [8]
En 1951, Bardeen estaba buscando un nuevo trabajo. Fred Seitz, un amigo de Bardeen, convenció a la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign para que le hiciera una oferta de 10.000 dólares al año. Bardeen aceptó la oferta y abandonó Bell Labs [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 de física. El programa de investigación del departamento de ingeniería eléctrica se ocupaba de los aspectos experimentales y teóricos de los semiconductores, y el programa de investigación del departamento de física se ocupaba de los aspectos teóricos de los sistemas cuánticos macroscópicos, en particular la superconductividad y los líquidos cuánticos. [22]
Fue profesor activo en Illinois desde 1951 hasta 1975 y luego se convirtió en profesor emérito . [8] En su vida posterior, Bardeen se mantuvo activo en la investigación académica, tiempo durante el cual se centró en la comprensión del 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 informados en 2012 [27] muestran oscilaciones en la corriente CDW versus el flujo magnético a través de anillos de trisulfuro de tantalio, similar al comportamiento de los dispositivos superconductores de interferencia cuántica (ver SQUID y efecto Aharonov-Bohm ), lo que da crédito a la idea de que el transporte colectivo de electrones CDW es fundamentalmente de naturaleza cuántica. [28] [29] (Véase mecánica cuántica ). Bardeen continuó su investigación a lo largo de 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 documentos personales de Bardeen. [32]
En 1956, John Bardeen compartió el Premio Nobel de Física con William Shockley del Laboratorio de Semiconductores 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 de entrega del Premio Nobel en Estocolmo , Brattain y Shockley recibieron sus premios esa noche de manos del rey Gustavo VI Adolfo . Bardeen llevó solo a uno de sus tres hijos a la ceremonia del Premio Nobel. El rey Gustavo reprendió a Bardeen por esto, y Bardeen le aseguró al rey que la próxima vez llevaría 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 superconductividad conocida como teoría BCS (llamada así por sus iniciales). [8]
Bardeen se interesó en el efecto túnel superconductor en el verano de 1960 después de trabajar como consultor para el Laboratorio de Investigación General Electric en Schenectady, Nueva York, donde se enteró de los experimentos realizados por Ivar Giaever en el Instituto Politécnico Rensselaer que sugerían que los electrones de un material normal podrían hacer un túnel hacia uno superconductor. [35] : 222–223
El 8 de junio de 1962, Brian Josephson , que entonces tenía 23 años, presentó a Physics Letters su predicción de un flujo de supercorriente a través de una barrera, [36] efecto que más tarde se conocería como el efecto Josephson . Bardeen cuestionó la teoría de Josephson en una nota en su propio artículo que recibió diez días después Physical Review Letters [35] : 222–225 : [37]
En una nota reciente, Josephson utiliza una formulación similar para analizar la posibilidad de un flujo superfluido a través de la región de tunelización, 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 siguió discutiendo 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 exponer sus objeciones. Tras un intenso debate, ambos hombres no pudieron llegar a un entendimiento común y, en determinados momentos, Josephson le preguntó repetidamente a Bardeen: "¿Lo has calculado tú? ¿No? Lo he hecho yo". [35] : 225–226
En 1963, se descubrieron evidencias experimentales y aclaraciones teóricas adicionales que apoyaban el efecto Josephson, en particular en un artículo de Philip W. Anderson y John Rowell de Bell Labs . [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 para 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 que recibió 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 de su Premio Nobel para financiar las Conferencias Fritz London Memorial en la Universidad de Duke . [41]
A finales de los años 1960, Bardeen consideró que Cooper y Schrieffer merecían el premio Nobel por BCS. Le preocupaba que no se lo otorgaran debido a la reticencia del Comité Nobel a premiar a la misma persona dos veces, lo que sería su caso como coautor de la teoría. Bardeen nominó a los científicos que trabajaron en efectos de túnel superconductores como el efecto Josephson para el premio en 1967: Leo Esaki , Ivar Giaever y Brian Josephson . Reconoció que debido a que los desarrollos de túneles dependían de la superconductividad, aumentaría las posibilidades de que el propio BCS fuera premiado primero. También razonó que el Comité Nobel tenía predilección por los equipos multinacionales, que era el caso de sus nominados de túneles, cada uno de ellos de un país diferente. Bardeen renovó las nominaciones en 1971, 1972, cuando BCS recibió el premio, y finalmente 1973, cuando se otorgó el premio a la tunelización. [35] : 230-231
Es el único doble laureado en física , y uno de los tres dobles laureados del 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 recibido el premio Nobel en dos ocasiones, Bardeen ha recibido otros numerosos premios, entre ellos:
Bardeen también fue un importante asesor de Xerox Corporation . Aunque era de naturaleza reservada, tomó la inusual decisión de instar a los ejecutivos de Xerox a mantener a flote su centro de investigación de California, Xerox PARC , cuando la empresa matriz comenzó a sospechar que su centro de investigación sería de poca utilidad.
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 de personalidad muy modesta. Mientras trabajó como profesor durante casi 40 años en la Universidad de Illinois, sus vecinos lo recordaban sobre todo por organizar barbacoas 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). Disfrutaba jugando al golf e yendo de picnic con su familia. Lillian Hoddeson dijo que debido a que "se diferenciaba radicalmente del estereotipo popular de 'genio' y no le interesaba parecer algo más que ordinario, el público y los medios de comunicación a menudo lo pasaban por alto". [5]
Cuando le preguntaron 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 dijo: "Siento que la ciencia no puede proporcionar una respuesta a las preguntas fundamentales sobre el significado y el propósito de la vida". Bardeen creía en un código de valores morales y comportamiento. [49] Los hijos de John Bardeen fueron llevados a la iglesia por su esposa, que 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 después de la muerte y otras ideas religiosas. [50] Fue 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 requerida ] Les sobrevivieron tres hijos, James , William y Elizabeth Bardeen Greytak, y seis nietos. [8]
A finales de esta década, cuando se empiecen a enumerar los nombres de las personas que más han influido en el siglo XX, el nombre de John Bardeen, que murió la semana pasada, tiene que estar cerca, o incluso podría decirse que en el primer puesto de la lista... El señor Bardeen compartió dos premios Nobel y ha recibido numerosos honores más. Pero, ¿qué mayor honor puede haber cuando cada uno de nosotros puede mirar a nuestro alrededor y ver por todas partes los recuerdos de un hombre cuyo genio ha hecho que nuestras vidas sean 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 de profesor 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 rara la persona cuyo trabajo cambia la vida de cada estadounidense; el de John lo hizo". [40]
Bardeen fue homenajeado en un sello postal de los Estados Unidos del 6 de marzo de 2008 como parte de la serie "Científicos estadounidenses" diseñada por el artista Victor Stabin . El sello de $ 0,41 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 las computadoras hasta los microchips. Diversas aplicaciones de la superconductividad incluyen sensores infrarrojos y sistemas de imágenes médicas". Los otros científicos en la hoja "Científicos estadounidenses" incluyen a la bioquímica Gerty Cori , el químico Linus Pauling y el astrónomo Edwin Hubble .
pronto la vida en Summit se volvería fácil y rica para los Bardeen.
criada en la tradición cuáquera, y su madrastra, Ruth, era católica, pero John fue decididamente secular toda su vida. Una vez "le tomó por sorpresa" cuando un entrevistador le hizo una pregunta sobre religión. "No soy una persona religiosa", dijo, "así que no pienso mucho en ella". Continuó con una rara explicación de sus creencias personales. "Creo 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 sobre la base de la fe. La mayoría de los científicos las dejan abiertas y tal vez sin respuesta, pero se rigen por 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, con la debida consideración por el bienestar de nuestros semejantes. Es probable que existan muchos conjuntos de valores morales compatibles con el éxito de una sociedad civilizada. Es cuando entran en conflicto que surgen las dificultades".
Cada vez que asistimos a un funeral", le había dicho Jane una vez a su hermana Betty, "decidimos de nuevo que no queremos una ceremonia así cuando muramos". Ella y John acordaron que la familia podría, si así lo deseaba, tener un servicio conmemorativo dirigido por amigos y familiares, "pero no un sermón de un extraño, quien, si es 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 Brigham and Women's Hospital de Boston. Tenía 82 años. ...
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