低調(diào)的大神!他改變了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)!史上唯一兩次獲得諾貝爾物理獎(jiǎng),卻幾乎被人遺忘
他們是:
1. 居里夫人(Marie Curie,1867~1934),波蘭科學(xué)家,他的丈夫叫皮埃爾·居里,兩人合稱“居里夫婦”! 1903年,居里夫婦和亨利...
2.約翰·巴丁 美國(guó)物理學(xué)家——約翰·巴丁(John Bardeen,1908~1991)...
3.萊納斯·鮑林 美國(guó)科學(xué)家——萊納斯·鮑林(Linus Pauling,1901~1994)...
4.弗雷德·桑格爾 英國(guó)生物化學(xué)家——弗雷德·桑格爾(Fred Sanger,1918~2013)
但兩次在同一領(lǐng)域獲得諾貝爾獎(jiǎng)的人只有一人!那就是約翰·巴丁--唯一一位兩次獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)的物理學(xué)家!
約翰·巴丁因發(fā)明了晶體管及其相關(guān)效應(yīng)、超導(dǎo)的BCS理論分別在1956年、1972年兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1956:約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓和威廉·肖克利共同榮獲1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們的貢獻(xiàn)在于:1947年巴丁和布拉頓共同發(fā)明第一個(gè)半導(dǎo)體三極管,此后一個(gè)月,肖克萊發(fā)明PN結(jié)晶體管。 1972:約翰·巴丁、列儂·庫(kù)珀、約翰·R·施里弗共同榮獲1972年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們的獲獎(jiǎng)理由是:1957年共同提出低溫超導(dǎo)理論,即通常所說(shuō)的BCS理論。中科院院士周光召曾說(shuō):“在科學(xué)史上,巴丁不像愛(ài)因斯坦那么有名,但我覺(jué)得他是真正的物理學(xué)家。”但是巴丁實(shí)在是太低調(diào)了,拿了兩次諾獎(jiǎng)卻名聲不高,有人曾經(jīng)提出過(guò)“巴丁數(shù)”這一概念,用于形容“謙虛程度”,等于成就比上自我吹噓。物理學(xué)家巴哈特就說(shuō),一般人的巴丁數(shù)等于1就很不錯(cuò)了,而巴丁則為無(wú)窮大。那么,約翰·巴丁到底是個(gè)怎樣的人呢?
開(kāi)掛的少年時(shí)代
1908年5月28日,約翰·巴丁生于美國(guó)威斯康星州,是家中五個(gè)孩子中的第二個(gè)。雖然不像高斯那般神童,但從小學(xué)起他的才能就已經(jīng)顯現(xiàn)了。才9歲剛上三年級(jí),他就覺(jué)得功課簡(jiǎn)單得不像話,直接連跳三級(jí),成了一名初中生。連跳三級(jí)之后,巴丁依然是班上的學(xué)霸,尤其在數(shù)學(xué)上,第二年就參加了麥迪遜市的代數(shù)競(jìng)賽,還拿了獎(jiǎng)!到了1922年,14歲的巴丁已經(jīng)完成了大學(xué)預(yù)科的學(xué)業(yè)。雖然智商超前,但作為老二,超老大太多好像不太好。于是,他陪著哥哥多讀了一年高中,主修物理和數(shù)學(xué)課程?!?/span>一年之后,15歲的巴丁成了美國(guó)著名的威斯康辛大學(xué)的大一新生。雖然巴丁在物理和數(shù)學(xué)上很有天賦,但他卻選擇了電氣工程專業(yè)。
找到一生的摯愛(ài),變成“妻管嚴(yán)”
在這里,身邊進(jìn)進(jìn)出出都是學(xué)霸跟教授,巴丁終于找到了一些能和他愉快聊天(學(xué)習(xí))的人。1929年獲得碩士學(xué)位后,他跟隨著最喜歡的教授彼得斯(Leo Peters)去了匹茲海灣研究所實(shí)驗(yàn)室工作。很快,巴丁憑借自己的天賦和毅力,發(fā)現(xiàn)了勘探石油的一種新的電磁學(xué)方法,大大提升了勘探效率。也許是按捺不住體內(nèi)躁動(dòng)的學(xué)霸之魂,在實(shí)驗(yàn)室待了三年之后,巴丁想要繼續(xù)進(jìn)修,打算到普林斯頓跟隨愛(ài)因斯坦學(xué)習(xí)物理。當(dāng)巴丁去到普林斯頓時(shí),愛(ài)因斯坦已經(jīng)不在那里了。于是,巴丁轉(zhuǎn)而師從維格納(Eugene Paul Wigner)教授學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)物理。對(duì)巴丁來(lái)說(shuō),普林斯頓真是一塊福地,事業(yè)愛(ài)情雙豐收。在那里,巴丁不僅扎進(jìn)了固體物理學(xué)這個(gè)讓他獲得兩次諾獎(jiǎng)的“坑”,更重要的是,他遇到了此生摯愛(ài)——妻子麥克斯韋。1938年,兩人喜結(jié)連理?;榍?,巴丁的工作是做各種研究?;楹螅投〉闹鳂I(yè)變成了照顧妻子兒女,副業(yè)才是做研究。視老婆如命的他,就算實(shí)驗(yàn)室的工作再多再忙,全家的飯菜也都是他一個(gè)人包攬。成為了一個(gè)典型的“妻管嚴(yán)”。
發(fā)明晶體三極管
二戰(zhàn)結(jié)束后,在朋友的推薦下,巴丁去到貝爾實(shí)驗(yàn)室半導(dǎo)體物理組工作,研究固體物理。與著名物理學(xué)家肖克利、布拉頓成為同事。1945年4月,巴丁加入到了貝爾實(shí)驗(yàn)室,成為固體物理研究小組的成員。當(dāng)時(shí),肖克利(William Shockley )是小組長(zhǎng),組員還有布拉頓(Walter Brattain)。他此行的目的,正是要研發(fā)出全世界人民熱切盼望的半導(dǎo)體電子器件——晶體管。
在晶體管還未面世時(shí),電子管的缺點(diǎn)就已經(jīng)暴露無(wú)遺了。雖然電子管曾推動(dòng)了無(wú)線電的蓬勃發(fā)展,但其笨重、能耗大、壽命短、易出故障、難以維修等毛病,就已經(jīng)十分讓人厭棄了。當(dāng)時(shí),組長(zhǎng)肖克利就提出了構(gòu)造一個(gè)半導(dǎo)體三極管的設(shè)想,以尋求解決辦法。也就是將一片金屬覆蓋在半導(dǎo)體上面,利用金屬與半導(dǎo)體之間的電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)控制半導(dǎo)體中通過(guò)的電流。這雖然已是“結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)”的基本工作原理了。但不幸的是,這一理論無(wú)論做多少次實(shí)驗(yàn)都未能成功,而肖克利也無(wú)法解釋原因。
直到巴丁的加入,并提出那個(gè)至關(guān)重要的半導(dǎo)體表面態(tài)理論,這才解決了卡住所有人的難題。原來(lái),在外加電場(chǎng)的作用下,電子被吸引到半導(dǎo)體的表面并被束縛在那里,形成了嚴(yán)密的屏蔽作用。這也阻止了電場(chǎng)穿透到半導(dǎo)體內(nèi)部,因而不能形成電流。這也是為什么肖克利在實(shí)驗(yàn)中,一直觀測(cè)不到場(chǎng)效應(yīng)的原因。 找到謎題的答案,實(shí)驗(yàn)就好辦多了。在這之后,他們便巧妙地借助含正負(fù)離子的電解液,改變了晶體表面電荷的分布,解決了“半導(dǎo)體表面態(tài)”的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)幾天的奮斗,巴丁和布拉頓就觀測(cè)到了放大30%的輸出功率和15倍的輸出電壓。于是,世界上第一只稱為點(diǎn)接觸晶體管的半導(dǎo)體放大器就這樣問(wèn)世了。晶體管,是20世紀(jì)當(dāng)之無(wú)愧最重要的劃時(shí)代發(fā)明。他將人類直接帶進(jìn)了數(shù)字時(shí)代,只要你能想得到的電子產(chǎn)品,幾乎都運(yùn)用了晶體管技術(shù)。
晶體管的發(fā)明,無(wú)疑是研究小組送給貝爾實(shí)驗(yàn)室最好的禮物,人人都?xì)g欣鼓舞。但卻有一人高興不起來(lái),那就是肖克利。因?yàn)樽鳛橐唤M之長(zhǎng),他并沒(méi)有身先士卒親自指導(dǎo),自然也沒(méi)被列為專利發(fā)明家。于是,他打算趁這個(gè)成果未公布之前,背著巴丁和布拉頓,獨(dú)自研究出更先進(jìn)的結(jié)型晶體管。很快,肖克利也設(shè)計(jì)出了結(jié)型晶體管,并在1955年脫離了貝爾實(shí)驗(yàn)室,自立門(mén)戶成立了“肖克利半導(dǎo)體實(shí)驗(yàn)室”。當(dāng)時(shí),肖克利憑著“晶體之父”的名氣,吸引來(lái)了一批聰明又富有激情的年輕人,在硅谷開(kāi)天辟地,甚至被稱為“硅谷之父”。只是因?yàn)榘谅龑M的個(gè)性,那些斗志昂揚(yáng)的年輕人都紛紛離他而去,這便是歷史上的“硅谷八叛逆”。這“八叛逆”包括了后來(lái)仙童半導(dǎo)體、因特爾公司的創(chuàng)始人諾伊斯和摩爾等。而肖克利卻在那10年實(shí)業(yè)生涯里什么都沒(méi)撈到,只能回到大學(xué)校園。當(dāng)初為了不讓巴丁和布拉頓再參與晶體管的后續(xù)發(fā)展工作,肖克利還利用自己的行政權(quán),直接將他們踢出了研究小組。此外,在這個(gè)成果公布之時(shí),傲慢的肖克利也極力突出自己的成就,冷落了一旁的巴丁和布拉頓。所以這也導(dǎo)致了一個(gè)現(xiàn)象,只要提起晶體管,人們第一時(shí)間想起的總是張揚(yáng)的肖克利,而不是巴丁或布拉頓。
當(dāng)然,溫和的巴丁本人也什么都沒(méi)說(shuō),就離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室,退出了這場(chǎng)晶體管爭(zhēng)奪戰(zhàn)。晶體管發(fā)明9年之后,約翰·巴丁、沃爾特·布拉頓和威廉·肖克利共同榮獲1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。頒獎(jiǎng)當(dāng)天當(dāng)差不多滿世界的人都知道了獲得諾獎(jiǎng)的消息后,而此時(shí)的巴丁一無(wú)所知,像平時(shí)一樣在廚房為家人煎雞蛋。小女兒興沖沖地跑進(jìn)廚房大喊:“爸爸你獲得了諾貝爾獎(jiǎng)!”巴丁嚇了一跳手一抖,鍋和雞蛋“啪”地掉在了地上。得知獲獎(jiǎng)消息之后,巴丁在給朋友的信中寫(xiě)道:“我懷疑委員會(huì)中的很多人都不確信這項(xiàng)技術(shù)值得獲獎(jiǎng)。我自己也感到懷疑?!?/span>世界上第一個(gè)晶體管獲獎(jiǎng)的消息,讓巴丁身邊的人們開(kāi)始關(guān)注這個(gè)沉默低調(diào)的男人。有天晚上,一班物理學(xué)家和夫人自發(fā)組織拿著手電筒當(dāng)火炬高歌祝賀巴丁,巴丁趕緊制止他們,“你們輕一點(diǎn),別吵到我太太睡覺(jué)。”巴丁的“妻管嚴(yán)”是出了名的,連報(bào)紙的頭版頭條都是:“本地一女子的丈夫獲得諾貝爾獎(jiǎng)”。可以想象如果沒(méi)有晶體管的發(fā)明,就不會(huì)有后來(lái)的集成電路,就不會(huì)有現(xiàn)在的袖珍電腦、手機(jī)等智能設(shè)備。憑借自身優(yōu)越的性能,開(kāi)創(chuàng)了全新的電子領(lǐng)域,成為了與印刷術(shù)、汽車和電話相提并論的偉****明。改變了半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展脈絡(luò)。晶體管取得成功后,這位寵妻狂魔并沒(méi)有停下自己研究的腳步,他又開(kāi)始跨界搗鼓起了超導(dǎo)現(xiàn)象。
投入超導(dǎo)研究,再次獲得諾貝爾獎(jiǎng)
其實(shí)離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室,對(duì)巴丁本人來(lái)說(shuō)或許才是最好的選擇。當(dāng)時(shí)世界上很多著名的科學(xué)家,像愛(ài)因斯坦和費(fèi)曼這些大牛,都在試圖解釋超導(dǎo)現(xiàn)象。很多人都接近成功,但還是沒(méi)有人能夠真正解釋。1957年,也就是獲得諾獎(jiǎng)的一年后,巴丁和庫(kù)珀、施里弗共同創(chuàng)立了BCS理論,對(duì)超導(dǎo)電性做出了合理的解釋,震驚了整個(gè)物理學(xué)界。他們完整地解釋了為什么有些材料在一定溫度下電阻可以變?yōu)?的原因,為之后制造更精密的實(shí)驗(yàn)儀器、坐上磁懸浮列車奠定了理論基礎(chǔ)。
1972年10月20日清晨,一個(gè)來(lái)自瑞典的越洋電話吵醒了熟睡的巴丁,因?yàn)槌瑢?dǎo)性研究,巴丁再次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。巴丁也成為了第一位獲得兩次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家。
巴丁不僅低調(diào),還非常謙遜。因?yàn)閮纱潍@獎(jiǎng)都是與他人共同分享的,所以巴丁曾開(kāi)玩笑說(shuō),自己其實(shí)只是獲得了三分之二的諾貝爾獎(jiǎng)。巴丁覺(jué)得自己不過(guò)是一個(gè)平常人,一個(gè)懂點(diǎn)物理,希望與老婆白頭偕老的平常人。
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