بیوگرافی جان باردین، مخترع ترانزیستور و برنده دو جایزه نوبل فیزیک

جان باردین از پیش‌گامان صنعت الکترونیک در قرن بیستم بود که به‌همراه چند دانشمند دیگر، محصول انقلابی ترانزیستور را به دنیای فناوری معرفی کرد.

جان باردین (John Bardeen)، مهندس برق و فیزیک‌دان آمریکایی بود که دو بار موفق به دریافت جایزه‌ی نوبل شد. او اولین فردی محسوب می‌شود که به این افتخار نائل شده است. اولین جایزه‌ی نوبل باردین در سال ۱۹۵۶ و به‌صورت مشترک با ویلیام شاکلی و والتر براتین به‌خاطر اختراع ترانزیستور اهدا شد. جایزه‌ی دوم، در سال ۱۹۷۲ و به‌صورت مشترک با لئون کوپر و جان رابرت شریفر به‌خاطر نظریه‌ی ابررسانایی (موسوم به نظریه‌ی BCS) به‌دست آمد.

اختراع باردین و دیگر دانشمندان را می‌توان عنصر پایه‌ای انقلاب در صنعت الکترونیک دانست. ترانزیستور، قطعه‌ای بود که توسعه‌ی همه‌ی دستاوردهای مدرن دنیای امروز از تلفن تا کامپیوتر و دیگر محصولات مهم را ممکن کرد. بسیاری از مورخان، ترانزیستور را شروع‌کننده‌ی عصر ارتباطات می‌دانند. دستاورد دوم باردین یعنی نظریه‌ی ابررسانایی هم تأثیرات عمیقی بر دنیای علم داشت. امروز از این پایه‌ی علمی در مواردی همچون طیف‌سنجی رزونانس مغناطیسی هسته‌ای و همچنین تصویربرداری MRI استفاده می‌شود.

تولد و تحصیل

جان باردین در ۲۳ مه سال ۱۹۰۸ در مدیسون ویسکانسین به‌دنیا آمد. تاریخچه‌ی خانواده‌ی او، ریشه‌های علمی و آکادمیک و ملی‌گرایی قوی دارد. پدر او، چارلز راسل باردین نام داشت و از فارغ‌التحصیلان دانشگاه پزشکی جان هاپکینز بود. چارلز دانشگاه پزشکی ویسکانسین را تأسیس کرد و به‌عنوان اولین مدیر آن مشغول به کار شد. مادر جان، آلتی هارمر نام داشت و فارغ‌التحصیل رشته‌ی هنر از دانشگاه‌های نیویورک و شیکاگو بود. او تحصیلات خود را در رشته‌ی اقتصاد خانه ادامه داد و سپس در دبیرستان اختصاصی دانشگاه شیکاگو به تدریس همین رشته مشغول شد.

سال‌های ابتدایی زندگی و تحصیل جان و تمامی خواهر و برادرهایش در مدیسون گذشت. مادر او برای جلوگیری از خستگی و دلزدگی‌اش در تحصیل در مدرسه، آموزش خصوصی را برای پسرش پیش گرفت. جان در ۹ سالگی موفق به اتمام کلاس هشتم شد و به دبیرستان دانشگاهی دانشگاه ویسکانسین رفت. پدر جان هم تأثیر عمیقی در پیشرفت‌های علمی و تحصیلی او داشت. در دوران اپیدمی آنفولانزا در سال ۱۹۱۸ که تحصیل تا حدودی متوقف شده بود، جان به‌ کمک پدرش مسائل ریاضی را در خانه حل می‌کرد. به‌علاوه او یک آزمایشگاه خانگی داشت که چارلز، نمونه‌ها و تجهیزات لازم را برای آزمایش شیمی در آن برایش فراهم می‌کرد.

جان در کودکی فردی بسیار درون‌گرا محسوب می‌شد. او به‌کمک برادر برون‌گرایش بیل، ارتباطات اجتماعی برقرار می‌کرد و در سال‌های آتی نیز دوستان نزدیکش این وظیفه را بر عهده می‌گرفتند. از میان این افراد می‌توان به همسر جان یعنی جین، همکارش در بل‌لبز، والتر براتین و اولین دانشجویش نیک هولونیاک اشاره کرد.

جان باردین / John Bardeen

مراسم دریافت جایزه‌ی نوبل اول

مادر جان در سال ۱۹۲۰ و پیش از ۱۲ سالگی او به‌خاطر سرطان سینه از دنیا رفت. او تحصیلات خود را با قدرت ادامه داد و در ۱۳ سالگی کلاس‌های دبیرستان را به پایان رساند. جان هنوز برای ورود به دانشگاه جوان بود و به‌همین دلیل دو سال آن را به تعویق انداخت. در طول این دو سال، دوره‌های آموزش و تحقیق متفرقه در رشته‌ی ریاضیات و در دبیرستان مرکزی مدیسون انجام شد. جان در نهایت برای تحصیلات دانشگاهی به دانشگاه ویسکانسین رفت.

مهندسی برق، رشته‌ای بود که برای شروع تحصیلات دانشگاهی از سوی جان انتخاب شد. او در این رشته‌ی تحصیلی تخصص بالایی کسب کرد و به‌مرور به مفاهیم مکانیک کوانتوم هم علاقه‌مند شد. در آن سا‌ل‌ها جان ون ولک، استاد مکانیک کوانتوم در دانشگاه ویسکانسین بود. جان در کلاس‌های ولک شرکت می‌کرد و سمینارهای تحقیقاتی او را نیز از دست نمی‌داد. بااین‌حال دانشجوی جوان هنوز برای تبدیل‌شدن به یک فیزیک‌دان حرفه‌ای آماده نبود.

جان باردین با وجود علاقه‌ی فراوان به مکانیک کوانتوم و مفاهیم فیزیکی، تحصیلات دانشگاهی را در همان رشته‌ی برق ادامه داد. استاد او در دوره‌ی تحصیلات تکمیلی، لئو جی پیترز بود که پایان‌نامه‌ی جان را در موضوع اکتشاف نفت به کمک الکتریسیته هدایت کرد. پیترز پس از مدتی دانشگاه ویسکانسین را به مقصد آزمایشگاه‌های تحقیقاتی گلف در پیتسبورگ ترک کرد و جان نیز تصمیم به تغییر مسیر تحقیقات گرفت. او بررسی نظریه‌ای در ارتباط با آنتن‌ها را به‌عنوان موضوع تحقیق و تحصیل انتخاب کرد که البته درنهایت جذابیت خاصی برایش نداشت.

جان باردین / John Bardeen

در کنار شاکلی (وسط) و براتین (راست)

آزمایشگاه‌ تحقیقیاتی گلف، مقصد بعدی مطالعات جان بود. او به استاد قدیمی‌اش ملحق شد و اکتشاف با استفاده از فناوری‌های الکترومغناطیس، بار دیگر به موضوع فعالیت‌های علمی‌اش تبدیل شد. باردین از تجربه‌ی فعالیت در آزمایشگاه گلف لذت می‌برد، اما ژئوفیزیک هیچ‌گاه آن‌طور که باید و شاید موضوع تمرکز او نبود. او بیش از همه‌ به شرکت در سمینارهای تحقیقاتی فیزیک مدرن در دانشگتاه پیتسبورگ علاقه‌مند بود. درنهایت جان در سال ۱۹۳۳ تصمیم گرفت تا از موقعیت امن خود در آزمایشگاه گلف خارج شود و با وجود بحران اقتصادی آن سال‌ها، مسیر علمی و زندگی خود را به سمت دانشگه پرینستون تغییر دهد. باردین پیش از ترک پرینستون با جین مکسول آشنا شد که بعدها با او ازدواج کرد؛ ازدواجی که به ۵۵ سال زندگی مشترک انجامید.

اولین مطالعات باردین در حوزه‌ی ابررسانایی، با چالش کمبود ابزار و روش‌های تحلیلی هم‌زمان بود

تحقیق و تحصیل در دانشگاه پرینستون، پایه‌های علمی و تحقیقاتی جان را در رشته‌ی فیزیک تثبیت کرد. یکی از دوستان او به‌نام فردریک سیتز در آن دانشگاه، اولین دانشجوی یوجین واینر بود. جان نیز مسیر دوستش را ادامه داد و تحصیل تحت راهنمایی واینر را انتخاب کرد. سیتز و باردین به‌همراه کانیرز هرینگ، دانشجوی سوم واینر و گروهی از دانشجویان جان اسلیتر از دانشگاه MIT، اولین نسل از فیزیک‌دان‌ها نظری آمریکا بودند که با هدف پیاده‌سازی مکانیک کوانتوم در کاربردهای واقعی فیزیکی و اجسام صلب تحصیل می‌کردند.

واینر و سیتز در سال ۱۹۳۳ تحقیقات خود را متمرکز بر عنصر سدیم پیش می‌بردند. آن‌ها روشی ابتدایی و تقریبی برای محاسبه‌ی ساختارهای اتصالی این عنصر کشف کردند. باردین هم در مسیر تحقیقات آن‌ها، دستاوردهای تحقیقاتی خود در حوزه‌ی فلزات را دخیل کرد. او قبلا روشی برای اندازه‌گیری انرژی مورد نیاز با هدف جداکردن یک الکترون از سطح فلز، تدوین کرده بود. باردین برای فرایند تحقیقاتی خود، هر الکترون را با استفاده از یک تابع موجی استفاده می‌کرد. او سپس برای تقریب زدن توزیع الکترون‌ها در سطح فلز، هر الکترون را با یک تابع موجی تعریف کرد. باردین در سال‌های بعد گفته بود که روش تجزیه‌ی مسائل به اجزاء اولیه‌ی تشکیل‌دهنده را برای اولین‌بار از واینر آموخت.

جان باردین / John Bardeen

تحقیقات پیشرفته‌ی فیزیکی

جان در سال ۱۹۳۵ مصاحبه‌ای شفاهی با مدیران ارشد انجمن علمی دانشگاه هاروارد داشت. او با وجود عملکرد نه‌چندان مناسب در پرسش و پاسخ شفاهی، در همان سال به عضویت ابتدایی انجمن دعوت شد. باردین سه سال به تحقیق و مطالعه در هاروارد پرداخت و موضوعات مرتبط با اتصال الکترون‌ها، بخش اصلی فعالیت‌های علمی‌اش را تشکیل می‌دادند. دنیای فیزیک در آن زمان هنوز ابزارهای نظری کاملی برای تحلیل مسائل مورد نظر باردین را نداشت و به‌همین دلیل در بسیاری از فعالیت‌های علمی خسته و سرخورده می‌شد. ابزارهای مورد نیاز او پس از جنگ جهانی دوم به‌مرور به علم فیزیک افزوده شدند.

شاکلی و باردین در دانشگاه هاروارد با هم آشنا شدند که به همکاری در بل لبز انجامید

دانشگاه هاروارد، محل آشنایی باردین با ویلیام شاکی بود. او بعدا تز دکترای خود را هم در دانشگاه MIT و تحت نظارت اسلیتر تألیف کرد. زمانی‌که باردین ترم دوم تحقیقاتی خود را می‌گذراند، شاکلی به کار در آزمایشگاه‌ بل دعوت شد. آزمایشگاه بل، بازوی تحقیق و توسعه‌ی شرکت American Telephone and Telegraph بود. شاکلی بعدها با استفاده از موقعیت خود، باردین را هم به بل لبز دعوت کرد.

یکی از افراد تأثیرگذار در زندگی باردین در دوران تحقیق در هاروارد، دانشمند فیزیک کاربردی به‌نام پرسی بریجمن بود. او بیش از همه با مطالعات پیش‌گامانه‌ی فیزیک مواد تحت فشار بالا شناخته می‌شد. بریجمن از پیش‌گامان توسعه‌ی فلسفه‌ی Operationalism هم محسوب می‌شد که در تاریخ علم، مرتبط با توسعه‌ی نظریه‌ی نسبیت اینشتین شناخته می‌شود. باردین از ترکیب نظریه‌ی کوانتوم با داده‌های بریجمن دستاوردهای قابل‌توجهی داشت. به‌همین دلیل او در سال‌های آتی زندگی علمی خود، همکاری با یک دانشمند تجربی را همیشه مد نظر قرار می‌داد.

جان باردین / John Bardeen

یکی از اساسی‌ترین مسائل تحقیقی باردین در دانشگاه هاروارد، مفهوم ابررسانایی بود که او در آن سال‌ها موفق به ارائه‌ی توضیحی دقیق و کامل از آن نشد. ابررسانایی در تعریف ساده یعنی از دست دادن کامل مقاومت الکتریکی در برخی از فلزات و آلیاژها که پس از کاهش دما به پایین‌تر از حدی مشخص رخ می‌دهد. در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ نظریه‌های متعددی پیرامون ابررسانایی مطرح شده بود که همگی از نتایج توسعه‌ی مفاهیم مکانیک کوانتوم بودند. البته همه‌ی نظریه‌ها در اثبات دقیق مفهوم مذکور ناموفق بودند.

فریتز و هاینتز لندن، دو برادر بودند که در سال ۱۹۳۵ نظریه‌ای تجربی را برای ابررسانایی مطرح کردند. دستاورد آن‌ها نقطه‌ی عطفی در مسیر توسعه‌ی نظریه‌ی نهایی بود. باردین از اولین افرادی بود که متوجه اهمیت نظریه‌ی برادران لندن شد. او تأثیر این نظریه را بر توضیح مفاهیم ابررسانایی درک می‌کرد، اما هنوز نمی‌توانست آن را با استفاده از دانش پایه‌ای خود توسعه دهد. دانشگاه مینه‌سوتا در سال ۱۹۳۸ پیشنهاد تدریس در دانشکده‌ی فیزیک را به باردین ارائه کرد. او علاوه بر تحصیل، مطالعه و تحقیق پیرامون مفهوم ابررسانایی را هم ادامه داد و نظریه‌هایی هم منتشر کرد.

جان باردین در سال ۱۹۴۱ تصمیم گرفت تا دانش خود را در خدمت نیروهای متفقین در جنگ جهانی دوم قرار دهد. او در سال ۱۹۴۱ خانواده‌ی خود را به واشنگتن برد تا در آزمایشگاه Naval Ordance به تحقیق پیرامون سیستم‌های دفاعی در برابر اسلحه‌های مغناطیسی ارتش نازی بپردازد. باردین در آن سال‌ها سه فرزند داشت که بعدها همه‌ی آن‌ها به حوزه‌های علمی وارد شدند. جیمز و ویلیام تحقیقات فیزیک را در پیش گرفتند و بتسی نیز به حوزه‌ی پردازش وارد شد.

جان باردین / John Bardeen

مرکز آزمایشگاهی بل و اختراع ترانزیستور

فعالیت در مراکز تحقیقاتی ارتش پس از مدتی باردین را دلزده کرد. او از ساختارهای بروکراتیک نظامی و همچنین دور ماندن از موضوع اصلی تحقیقات فیزیکی خود خسته شد. به محض تمام شدن جنگ، دانشمند آمریکایی به ادامه‌ی مطالعات فیزیک بنیادی پرداخت. در آن سال‌ها شاکلی مدیر یک گروه تحقیقاتی در بل لبز بود که در حوزه‌ی فیزیک حالت جامد فعالیت می‌کردند. باردین به عضویت در این گروه دعوت شد و به مرکز آزمایشگاهی بل رفت.

گروهی که باردین در آزمایشگاه بل به آن ملحق شد، بخشی از یک دپارتمان جدید متمرکز بر فیزیک حالت جامد بود که معاون ارشد آزمایشگاه، ماروین کلی آن را تأسیس کرد. گروه جدید که پیرامون نیمه‌هادی‌ها مطالعه می‌کردند، متشکل از دو فیزیک‌دان نظری یعنی باردین و شاکلی، دو فیزیک‌دان تجربی به‌نام‌های والتر براتین و جرالد پیرسون، یک شیمی‌دان به‌نام رابرت گیبنی و یک متخصص مدار به‌نام هلیبرت مور بود.

گروه تحقیقی شاکلی در بل لبز شامل فیزیک‌دان‌های نظری و کاربردی و یک شیمی‌دان و متخصص مدار بود

یکی از اهداف اصلی گروه تحقیقاتی شاکلی در بل لبز، جایگزینی لامپ‌های خلأ با قطعاتی جدید بود. لامپ‌ها قطعات اصلی توسعه‌ی فناوری تلفن در دهه‌های ۱۹۲۰ و ۱۹۳۰ بودند که باید در گروه جدید با فناوری نیمه‌هادی جایگزین می‌شدند. باردین مطالعاتی روی تحقیقات زمان جنگ با موضوع سیلیکون و ژرمانیم داشت. در زمان جنگ جهانی دوم، نیمه‌هادی‌ها برای سیستم‌‌های راداری توسعه یافته بودند و منابع تحقیقی برای توسعه‌ی کاربرد آن‌ها آماده شده بود.

شاکلی تحقیقاتی را روی یک آمپلی‌فایر اثر میدانی سیلیکونی انجام داد. او پس از ملحق‌شدن باردین به تیمش از همکار جدید درخواست کرد تا طراحی جدیدی برای کاربردی کردن طراحی‌های اولیه انجام دهد. اولین نتایج طراحی باردین موفق نبودند، اما او پس از پنج ماه، به مفهومی برای توضیح دلیل شکست دست پیدا کرد. نظریه‌ی باردین ادعا می‌کرد که تعداد قابل‌توحهی از الکترون‌ها در سطح فلز گرفتار می‌شوند و درنتیجه تأثیر زیادی در رسانایی نخواهند داشت. شاکلی علاقه‌ی زیادی به این تحقیقات نشان داد و فعالیت گروهش در دو سال آینده، به مفهوم حالت‌های سطح اختصاص یافت.

جان باردین / John Bardeen

نمونه‌ای ساخته‌‌شده از اولین ترانزیستور عملیاتی

ماه نوامبر سال ۱۹۴۷ به‌عنوان شروع دوره‌ی طلایی اختراع ترانزیستور شناخته می‌شود. در آن زمان، گروه شاکلی هنوز درگیر مطالعه‌ی حالت‌های سطح بود. براتین در جریان تحقیقات کاربردی خود متوجه یک قطره آب شد که روی دستگاه آزمایش تشکیل شده بود. این قطره، مشکلات عملکردی مغناطیسی برای دستگاه ایجاد کرد که منجر به آزمایش‌های دیگر از سوی براتین شد. او دستگاه آزمایش را در میعانات متعدد وارد کرد و به این نتیجه رسید که اثر فتوولتایی مورد مطالعه‌اش، در زمان ورود دستگاه به مایع الکترولیت افزایش می‌یابد.

باردین با مشاهده‌ی نتایج آزمایش براتین ادعا کرد که یون‌های موجود در الکترولیت، احتمالا میدان الکتریکی بزرگی ایجاد می‌کنند که اثر حالت‌های سطح را خنثی می‌کند. گروه تحقیقاتی سپس نتیجه گرفت که در زمان استفاده از آب یا ماده‌ی الکترولیت دیگر، می‌توان نیروی محرکه‌ی الکتریکی را در بازه‌ی قابل‌توجهی تغییر داد؛ درنتیجه آن‌ها به روشی برای ساخت آمپلی‌فایر نیمه‌‌هادی اثر میدان دست پیدا کردند. ارتباط باردین و براتین در جریان این تحقیقات بسیار نزدیک بود. باردین به‌عنوان مغز و براتین به‌عنوان دست تحقیقات علمی شناخته می‌شدند. این همکاری، شبیه به همکاری باردین با بریجمن بود.

در جریان آزمایش‌های تجربی برای ساخت آمپلی‌فایر، باردین پیشنهادهای متعددی به گروه تجربی ارائه می‌کرد. از میان آن‌ها می‌توان به جایگزینی ژرمانیم به‌جای سیلیکون اشاره کرد. پیشنهاد دیگر، جایگزینی الکترولیت با فیلم اکسیدی بود که روی سطح ژرمانیم تشکیل می‌شد. به‌هرحال آزمایش‌ها با شرایط گوناگون ادامه پیدا کرد تا اینکه دستاورد بزرگ و مشاهده‌ی اولین آثار تشدید جریان در ۱۱ دسامبر ۱۹۴۷ رخ داد. البته جریان ایجادشده در مسیر خلاف برنامه و آزمایش مورد نظر بود. درنهایت با کمی تغییر در ساختار آزمایش، دستگاه موفق به تشدید جریان در مسیر صحیح شد. دستگاه مورد آزمایش باردین و براتین در ۱۶ دسامبر نتایج دلخواه را ایجاد کرد و بعدها به ترانزیستور تغییر نام داد.

جان باردین / John Bardeen

اختراع ترانزیستور انقلابی در دنیای فناوری ایجاد کرد که در سال‌های بعد منجر به تولد قطعات مهم دیگر همچون ریزپردازنده‌ها شد؛ البته اختراع مذکور به‌نوعی روح جاری در گروه نیمه‌هادی بل لبز را از بین برد. شاکلی که پیشنهاد ساخت دستگاه آمپلی‌فایر را مطرح کرده بود، تلاش کرد تا پتنت ترانزیستور را به‌صورت انفرادی به‌نام خودش ثبت کند. رویکرد او تعجب و ناراحتی باردین و براتین را در پی داشت. البته تلاش‌های شاکلی هم موفق نبود، چون جزئیات مذکور در پیشنهاد پتنت او، در سال ۱۹۳۰ توسط یک مخترع آمریکایی لهستانی ثبت شده بود.

شاکلی قصد داشت تا پتنت ترانزیستور را به‌صورت انفرادی به‌نام خودش ثبت کند

شاکلی در تاریخ فناوری به‌عنوان شخصی نه‌چندان محبوب شناخته می‌شود. او در ادامه‌ی فعالیت باردین و براتین‌، از تحقیق آن‌ها در مسیر ساخت ترانزیستور دوم جلوگیری کرد. قطعه‌ی مورد نظر آن دو دانشمند، رویکردی تجاری‌تر به ترانزیستور می‌داد. چنین رخدادهایی حساسیت را در گروه نیمه‌هادی آزمایشگاه به اوج رساند. دراین‌میان باردین و براتین هم نگران ثبت پتنت توسط دانشمندان دیگر بودند. نگرانی آن‌ها بی‌مورد هم نبود و کمی بعد دانشمندانی در فرانسه، دستگاهی مشابه را ثبت کردند. به‌هرحال شاکلی هم به‌صورت مخفیانه به تحقیقات خود ادامه می‌داد و سعی در ثبت پتنت ترانزیستور داشت.

باردین در نتیجه‌ی تنش‌های ایجادشده در بل لبز تصمیم گرفت تا به پروژه‌‌ی رآکتور هسته‌ای در آزمایشگاه ملی اوک ریج بپیوندد. جیمز فیسک از دانشمندانی بود که به باردین نصحیت کرد تا فعالیت در آزمایشگاه بل را ادامه دهد. جان تصمیم گرفت تا مطالعات خود در حوزه‌ی ابررسانایی را ادامه دهد. در آن زمان با وجود اهمیت بالای ابررسانایی، بل لبز علاقه‌ای به فعالیت در آن حوزه نداشت و درنتیجه باردین به‌تنهایی تحقیق و مطالعه را ادامه داد.

مطالعات باردین پیرامون مفهوم ابررسانایی با دستاوردهایی نظری همراه بود، اما او هنوز هم نمی‌توانست دستاوردها را با پایه‌های علمی اثبات کند. او به‌مرور تنهایی بیشتری را در فعالیت‌های علمی حس کرد و در سال ۱۹۵۰، از سیتز خواست تا شغلی در حوزه‌ی آکادمیک به او پیشنهاد دهد. سیتز که به‌تازگی به دانشگاه ایلی‌نوی رفته بود، به‌سرعت با رئیس دانشگاه و مدیر دپارتمان فیزیک ارتباط برقرار کرده و پیشنهاد جذب باردین را ارائه کرد. درنهایت دعوت‌نامه‌ی دانشگاه ایلی‌نوی برای باردین ارسال شد و او در سال ۱۹۵۱ با خانواده‌اش به آن شهر رفت.

جان باردین / John Bardeen

دانشگاه ایلی‌نوی و نظریه‌ی ابررسانایی

نیک هولونیاک، اولین دانشجوی تحصیلات تکمیلی باردین بود که بعدها به دوستی صمیمی برای او تبدیل شد. ارتباط آن دو نفر شبیه به دوستی و ارتباطی بود که باردین در بل لبز با براتین برقرار می‌کرد. او فردی درون‌گرا و ساکت و دوستانش، افرادی برون‌گرا بودند. هولونیاک در آزمایشگاه نیمه‌هادی کار می‌کرد که در سال ۱۹۵۲ تأسیس شده بود. او درباره‌ی باردین می‌گوید که مخترع ترانزیستور هیچ‌گاه در آزمایش‌های تجربی دخیل نمی‌شد، اما همیشه دانشجویان را به تحقیق آزمایشی و کشف حقایق با استفاده از تجربه تشویق می‌کرد.

باردین در کنار فعالیت‌های دانشگاهی خود، ارتباط نزدیکی با فعالان صنعت داشت. او ابتدا با مدیران شرکت زیراکس همکاری می‌کرد و همچنین دوستان و همکارانی در جنرال الکتریک داشت. به‌علاوه Supertex هم که توسط یکی از دانشجویان باردین به‌نام هنری پائو تأسیس شده بود، از مشاوره‌های او بهره می‌برد. جان باردین همچنین در توسعه‌ی مرکز تحقیقات Midwest Electronics همکاری داشت که به‌عنوان واسطی بین فعالیت‌های تحقیقی دانشگاه‌ها با مراکز تحقیق و توسعه‌ی صنعتی فعالیت می‌کرد.

ورود به دانشگاه ایلی‌نوی، با افزایش تحقیقات باردین در حوزه‌ی ابررسانایی همراه بود. او به‌دنبال ابزارهایی جدید می‌گشت تا تعامل الکترون‌ها را در نیمه‌هادی‌ها تحلیل کند. نظریه‌ی ارتباط‌های الکترون-الکترون دیوید بوم در مواد پلاسمایی، زمینه‌ای بود که توسعه‌ی تحقیقات باردین را ممکن می‌کرد.

جان باردین / John Bardeen

در کنار کوپر و شریفر

باردین برای ادامه‌ی تحقیقات ابررسانایی، یکی از دانشجویان بوم به‌نام دیوید پاین را به ایلی‌نوی دعوت کرد. پاین مطالعاتی پیرامون تعامل الکترون‌ها در فاز ساده‌ی قطبیت انجام داده بود و باردین بر پایه‌ی همین مطالعات و با همکاری پاین،‌ اتصال الکترون‌ها را در لرزش‌های شبکه‌‌ای فرمول‌سازی کرد. آن‌ها به این نتیجه رسیدند که در زمان کوچک‌بودن انرژی انتقالی، تعامل جذبی قوی‌تر می‌شود و درنتیجه مکانیزمی برای توضیح ابررسانایی مطرح شد. دراین‌میان باردین به مطالعه‌ی تمامی تحقیقات انجام‌شده در حوزه‌ی ابررسانایی ادامه داد و در سال ۱۹۵۶، مقاله‌ای بلند در این موضوع در Handbuch der Physik منتشر کرد.

رابرت شریفر، از دانشجویان اسلیتر در MIT، سال ۱۹۵۳ به ایلی‌نوی رفت. او باردین را به‌عنوان استاد راهنما و نظریه‌ی ابررسانایی را به‌عنوان موضوع مطالعه‌ی خود انتخاب کرد. لئون کوپر، همکار جدید دیگر باردین در مطالعات ابررسانایی بود که جایگزین پاین شد. همکاری کوپر با تیم باردین به نتایج امیدوارکننده‌ای در حوزه‌ی ابررسانایی انجامید و آن‌ها بیش از همیشه به راهکار نهایی شرح مفهوم نزدیک شده بودند.

زمانی‌که باردین در دانشگاه ایلی‌نوی مشغول مطالعه پیرامون ابررسانایی بود، خبر اهدای جایزه‌ی نوبل به او، براتین و شاکلی در سال ۱۹۵۶ منتشر شد. او دانشجویان خود را به ادامه‌ی تحقیقات مشغول کرد و خود برای دریافت جایزه به استکهلم رفت. باردین تمایل زیادی به دریافت جایزه نداشت. از یک سو او نگران جریان تحقیقات پیرامون ابررساناها بود و ازطرفی، ترانزیستور را لایق دریافت جایزه‌ی نوبل نمی‌دانست. به‌علاوه باردین تاحدودی از دریافت جایزه‌ی نوبل پیش از اساتیدش، یعنی واینر و ولک، خجالت می‌کشید.

جان باردین / John Bardeen

در روزهای پایانی ژانویه‌ی سال ۱۹۵۷، دستاورد بزرگ گروه تحقیقاتی باردین محقق شد. او چند روز قبل از استکهلم بازگشته بود و با قدرت، تحقیقات را ادامه می‌داد. ابتدا شریفر عبارتی تأثیرگذار به تابع موجی حالت پایه اضافه کرده و باردین با توجه به دستاوردهای این تغییر در تابع، تیم خود را به‌سمت فعالیت‌های جدی‌تر برای کشف ارتباط بین مفاهیم تجربی هدایت کرد. گروه سه‌نفره با جدیت به‌دنبال اثبات مفاهیم رفتند و درنهایت نظریه‌ی باردین-کوپر-شریفر (BCS) در ژوئیه سال ۱۹۵۷ منتشر شد. تابع آن‌ها به‌عنوان راهکاری برای یک مسئله‌ی ۴۵ ساله در تاریخ علم شاخته شد که بزرگ‌ترین دانشمندان نظریه‌پرداز تاریخ را به خود مشغول کرده بود.

باردین پس از موفقیت تیمش در ارائه‌ی نظریه‌ی BCS، به استاد بزرگ و قابل احترام دانشکده‌ی فیزیک دانشگاه ایلی‌نوی تبدیل شد. او اکثر روزهای خود را به مشاوره به همکاران و دانشجویان اختصاص می‌داد و به‌خاطر تجربه‌ی بالا در علم فیزیک، اغلب راهکارهایی کاملا دقیق و کاربردی ارائه می‌کرد.

باردین تصور نمی‌کرد که آکادمی نوبل، دو بار به او جایزه اهدا کند

افتخار دوم باردین پس از جایزه‌ی نوبل، در سال ۱۹۶۵ اتفاق افتاد و لیندون جانسون، رئیس‌جمهور وقت آمریکا، مدال ملی علوم را به‌عنوان بزرگ‌ترین افتخار دستاورد علمی به او اهدا کرد. باردین در آن زمان نگران بود که آکادمی علوم سوئد به رسم همیشگی از اهدای جایزه‌ی مجدد در یک حوزه خودداری کند و درنتیجه دستاوردها و تلاش‌های شیفر و کوپر نیز ارج نهاده نشوند. البته در سال ۱۹۷۲ انجمن داوران جایزه‌ی نوبل، رسم همیشگی را شکست و جایزه‌‌ای مشترک را به‌خاطر تألیف نظریه‌ی ابررسانایی به شریفر، کوپر و باردین اهدا کرد.

باردین دو سال پس از دریافت جایزه‌ی نوبل دوم، از فعالیت‌های تدریس بازنشسته شد. البته او فعالیت‌های تحقیقاتی را باجدیت دنبال می‌کرد و همیشه برای پاسخ‌دادن به سؤال‌های دانشجویان و انواع مشاوره‌های علمی آماده بود.

جان باردین / John Bardeen

مخترع ترانزیستور در سال‌های فعالیت در ایلی‌نوی، علاوه بر تحقیق و تدریس به‌عنوان مشاور علمی انجمن‌های ملی متعدد فعالیت می‌کرد؛ به‌عنوان مثال می‌توان به فعالیت در دفتر تحقیقات نیروی دریایی (ONR) در سال ۱۹۵۱ اشاره کرد. به‌علاوه او از سال ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۳ در کمیته‌ی مشاوره‌ی علمی رئیس‌جمهور آمریکا (PSAC) در زمان ریاست جمهوری آیزنهاور و بعدا کندی فعال بود. او در سال ۱۹۶۸ به‌عنوان رئیس انجمن فیزیک آمریکا (APS) انتخاب شد.

سال‌های پایانی و مرگ

جان باردین در دهه‌ی ۱۹۸۰ تمرکز اصلی تحقیقات خود را روی مفاهیم مکانیک کوانتومی معطوف کرده بود و تلاش می‌کرد تا برخی از آن‌ها همچون CDW را شبیه به نظریه‌ی ابررسانایی اثبات کند. البته تلاش‌های او با نظریه‌های مخالف از سوی دانشمندان دیگر روبه‌رو شد و باردین توانایی اثبات نظریه‌هایش را در مجامع علمی پیدا نکرد. به‌هرحال مخترع ترانزیستور تا پایان عمر به نظریه‌های خود اصرار می‌کرد و مفاهیم CDW را مثال‌هایی عالی از مکانیک کوانتوم در سطح ماکروسکوپی می‌دانست.

جان باردین / John Bardeen

در کنار باری و هایزنبرگ

دوستی باردین با هولونیاک در دهه‌ی ۱۹۸۰، مانند پادزهری بود که شکست آن سال‌ها را تاحدودی برایش درمان می‌کرد. او به نصیحت‌های دوست دانشمندش عمل کرد و از میانه‌ی دهه‌ی ۱۹۸۰، بیشتر به استراحت و تفریح مشغول شد. منتهی شرایط سلامتی باردین در سال‌های پایانی آن دهه رو به وخامت رفت و چشمانش به دژنراسیون ماکولا مبتلا شدند. به‌علاوه باردین از بیماری نقرس هم رنج می‌برد و توانایی انجام تفریح مورد علاقه‌اش، گلف را نداشت. با وجود این او در سال ۱۹۸۷ و انتشار خبری پیرامون کشف ابررسانایی در دمای بسیار بالا، مانند بسیاری دانشمندان دیگر به نظریه‌پردازی مشغول شد تا توجیهی علمی برای پدیده‌ی مذکور ارائه کند.

در ماه دسامبر سال ۱۹۹۰، آزمایشی روی ریه و سینه‌ی باردین انجام شد که شیوع سرطان را در بدن او تأیید کرد. پزشک معالج پیشنهاد رادیودرمانی داد، اما باردین در ۳۰ ژانویه‌ی سال ۱۹۹۱، پیش از انجام هرگونه عمل درمانی، بر اثر حمله‌ی شدید قلبی از دنیا رفت. خاکستر او به محل زادگاهش رفت و در مدیسون به خاک سپرده شد. همسرش جین در ۳۱ مارس سال ۱۹۹۷ از دنیا رفت.

سهم عمده‌ای از نوشته‌های علمی و خانوادگی باردین توسط ویلیام و مارجری باردین در وارن‌ویل ایلی‌نوی نگه‌داری می‌شود. بسیاری از یادداشت‌های علمی او نیز در آرشیو دانشگاه ایلی‌نوی در اربانا ایلی‌نوی قرار دارند. دفترچه‌های باردین در بل لبز اکنون تحت مالکیت Lucent Technologies هستند.

شرکت سونی به افتخار دستاوردهای جان باردین، با اهدای سه میلیون دلار، یک کرسی استادی در دانشگاه ایلی‌نوی وقف کرد. سونی هم مانند بسیاری دیگر از شرکت‌های کنونی دنیای فناوری، پیشرفت‌ها و موفقیت‌های خود را مدیون اختراع تاریخ‌ساز باردین و محققان ایلی‌نوی و بل لبز است. در سال ۱۹۹۴، انجمن مواد، فلزات و مواد معدنی آمریکا جایزه‌ای به‌نام جان باردین معرفی کرد که به دستاوردهای بزرگ علمی در حوزه‌ی مواد الکترونیکی اهدا می‌شود.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید