John Bardeen:你(可能)的最伟大的物理学家从未听说过©Getty Images

约翰·贝加德:你(可能)的最伟大的物理学家从未听说过

他可能在1956年和1972年赢得了诺贝尔物理奖,但发明了晶体管和解决超导的人远非家喻户晓的名字。

只有一个人曾在物理学中赢得了两名诺贝尔奖。但除非你自己成为物理学家,否则你从来没有听说过约翰巴加丁的机会。

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与通常的刻板印象相反,他既不是象征,也不是酷刑天才。一位爱的丈夫和父亲,他是一个仁慈的男人,甜美的灵魂,他们喜欢在周末与他的伙伴打高尔夫球。

他在第二次世界大战后立即在贝尔实验室,美国电报和电话公司的研究和开发臂工作的同时制作了他的第一重要发现。那时候&T有一个大问题:他们需要提出更好的放大器。

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当人们制造长途电话时,如果沿途扩大,则携带其声音的电气信号将削弱并溶解成静态。真空管仍然是唯一可用的放大器。在20世纪初发明,它们是修改的灯泡,可以放大电流,或减少它们,或完全阻止它们。它们可以从空中拉出弱电磁信号,升压它,并将其转换为声音或图片。

真空管使第一无线电和电视成为可能。另一方面,他们消耗了很多力量,需要时间来热身,并倾向于变得非常热。 (在我自己的童年时代,我记得被电视机里面的发光管着迷。经常会烧掉电视修理工将不得不更换它。)

贝尔实验室主任,一个名叫莫林凯利的物理学家,有一个亨希,可以从名为半导体的材料的晶体构建一个新的放大器。当时没有太多了解它们,但他们很有趣。半导体材料(如硅或锗)可以比绝缘体(如橡胶或玻璃)更好地进行电,但不和于金属(如铜或金)。他们在与之间的角色似乎有前途。也许他们的电力灵活性可能是有用的。

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在隐喻术语中,通过将嗡嗡声围绕其原子嗡嗡作物的电子来理解,可以理解任何材料进行电力的能力,如坐在剧院中的座椅中的人们。

对于量子的机械原因,电子首先填充最接近阶段的行。如果拍摄了所有这些座位,电子填充了下一行,等等。一整行被填满,在其中难以移动的是,他们倾向于留下来(就像人们发现很难起床并将那些坐在众所拥挤的剧院旁边一样)。一次 全部 行被填充,材料类似于绝缘体。它不能很好地进行电力,因为它缺乏携带电流所需的松动电子。

另一方面,金属在远离舞台的大部分空旷的外行中有大量的松动电子。这些电子在剧院后面可以很容易地起床和切换座椅甚至徘徊(也许要检查另一个剧院或原子),这是让金属对电力进行电力的影响。

半导体位于这两个极端之间。它们主要由原子制成,这些原子不会很好地进行电,但有几个原子。所以半导体可以使用。您可以通过在其上闪光或向其注入电荷或改变其温度来切换半导体以更像绝缘体或更像导体。

这种灵活性是使半导体所以可能有用的。但是当时牛章被雇用,没有人知道他们的基本物理学,看看如何从中制作放大器。

BARDEEN,SHOCKLEY和BATALIN

Bardeen的贝尔实验室的团队领导者是一个名叫William Shockley的物理学家,对使用硅的水晶进行了一个放大器的想法,但它不起作用。他问Bardeen和他的办公室伴侣,沃尔特布拉特,弄清楚为什么。

使用他对微积分和量子力学和建筑物的知识了解金属中电子的行为,Bardeen意识到硅晶体表面处的电子可以连贯形成电屏。他的计算表明,这些表面状态阻止了半导体作为放大器的工作。

晶体管出生的那一天,约翰巴加丁开车回家,将他的车停在车库里,告诉他的妻子,“我想我们今天发现了一些东西。”

由Bardeen的数学洞察引导,他的同事Brattain - 谁是实验室的巫师 - 克服了Shockley的设计并与许多其他人进行了修正。 Bardeen会建议想法,开发数学模型,并解释Brattain的实验结果,而Brattain将建立小工具,运行实验,并收集数据。

1947年12月16日下午,他们终于有事要工作了。使用锗,塑料和金,Bardeen和Brattain制作了世界上第一个半导体放大器。他们稍后会称之为 晶体管.

贝尔实验室科学家John Bardeen(L),William Shockley(C)&沃尔特Brattain(R)©Yale Joel / Level Picture Collection通过Getty Images / Getty Images
贝尔实验室科学家John Bardeen(L),William Shockley(C)&沃尔特Brattain(R)©Yale Joel / Level Picture Collection通过Getty Images / Getty Images

晶体管今天是我们生活中的一种组成部分,我们几乎没有注意到它们。他们在20世纪50年代为我们提供了口袋大小的晶体管无线电,然后在便携式电视机,录像带录像机和光盘播放器中。

他们非常通用。除了放大电力,它们还可以打开或关闭它。这使得它们成为第二代计算机的基础,其二进制逻辑为真和假,1和0的数字计算机可以由晶体管的开关来编码。

到了20世纪50年代后期,这些跨界电脑更换了巨型真空管等待 eniac是一座30吨的庞然大物,在宾夕法尼亚大学填补了一个大型房间,在那里它在20世纪40年代后期用于氢炸弹计算。 (Eniac的18,850个真空管消耗了如此多的力量,它被传闻,它使城市灯每次打开时都会闪烁。)

1947年的第一工作晶体管的复制品©SSPL /盖蒂图像
1947年的第一工作晶体管的复制品©SSPL /盖蒂图像

与管相比,晶体管是重量轻,高效,耐用,便宜。他们可以做得非常,非常小。在未来几年中,其他工程师和科学家们将弄清楚如何在芯片上将数百万包装在一起,我们现在所知的设备作为集成电路。

随着薯片变得更小,一切都变得更聪明。汽车更高效地开始。助听器萎缩。对于患有慢性心情的人来说,起搏器从便携式携带到可植入。

晶体管出生的那一天,约翰巴加丁开车回家,将他的车停在车库里,告诉他的妻子,“我想我们今天发现了一些东西。”

破解超导性

九年后,他一天早上煎蛋吃鸡蛋,当他的孩子冲进厨房时,他们尖叫着他们听说他在收音机上听到他在诺贝尔物理学奖。 Bardeen将煎锅放在地板上,跑进卧室,告诉他的妻子这个消息。

这是令人兴奋的,但并不像他在那一刻努力的那样令人兴奋。他在另一个量子力学的奥秘中in ingrosseed,几乎被称为超导性的超现实现象,其中某些金属在靠近绝对零的温度下突然失去所有对电力流动的抵抗力。

每一个Luminer为20TH. 世纪物理学在解释超导性时造成了裂缝 艾尔伯特爱因斯坦 到Werner Heisenberg到 理查德·费曼。但没有解决它。 Bardeen与两个年轻的同事一起做过。十六年后,他返回斯德哥尔摩,收到他的第二次诺贝尔物理奖。如今,超导技术用于世界上最敏感的磁场探测器,应用范围从石油前景到医学成像。

John Bardeen于1991年去世。他的一些邻居从未知道他发明的晶体管并解释了超导,或者他是唯一赢得物理学中奖项的唯一历史的人。他们记得他作为一个适度的,一个不起眼的人,他们喜欢为邻居烤汉堡包,如果他们想要烤面包,他们将永远问他的客人,这就是他喜欢它的方式。

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