Juan Bardeen

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físico e ingeniero americano (1908–1991)

John Bardeen (23 de mayo de 1908 - 30 de enero de 1991) fue un físico e ingeniero estadounidense. Es la única persona en recibir 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 para una teoría fundamental de la superconductividad convencional conocida como teoría BCS.

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 desarrollos de Bardeen en superconductividad, por los que recibió su segundo Premio Nobel, se utilizan en espectroscopia de resonancia magnética nuclear (NMR), resonancia magnética nuclear (RMN) médica y circuitos cuánticos superconductores.

Nacida y criada en Wisconsin, Bardeen obtuvo un doctorado. en física de la Universidad de Princeton. Después de servir en la Segunda Guerra Mundial, fue investigador en Bell Labs 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'.

Educación y primeros años

Bardeen nació en Madison, Wisconsin, el 23 de mayo de 1908. 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. Pudo 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. Las cuotas de membresía necesarias las recaudó en parte jugando al billar. Bardeen se inició como miembro de la sociedad de honor de ingeniería Tau Beta Pi. No queriendo ser un académico como su padre, Bardeen eligió la ingeniería. También sintió que la ingeniería tenía buenas perspectivas laborales.

Bardeen recibió su licenciatura en ingeniería eléctrica en 1928 de la Universidad de Wisconsin. A pesar de tomarse un año sabático para trabajar en Chicago, se graduó en 1928. Tomando todos los cursos de posgrado en física y matemáticas que le habían interesado, Bardeen se graduó en cinco años en lugar de los cuatro habituales. Esto le permitió tiempo para completar su tesis de maestría, supervisada por Leo J. Peters. Recibió su Maestría en Ciencias en ingeniería eléctrica en 1929 de Wisconsin.

Bardeen amplió sus estudios permaneciendo en Wisconsin, pero finalmente se fue a trabajar para Gulf Research Laboratories, la rama de investigación de Gulf Oil Corporation con sede en Pittsburgh. De 1930 a 1933, Bardeen trabajó allí en el desarrollo de métodos para la interpretación de estudios magnéticos y gravitacionales. Trabajó como geofísico. Después de que el trabajo no logró mantener su interés, aplicó y fue aceptado en el programa de posgrado en matemáticas en la Universidad de Princeton.

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, se le ofreció un puesto como Junior Fellow 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 sobre problemas de cohesión y conducción eléctrica en metales, y también realizó algunos trabajos sobre la densidad de nivel de los núcleos. Recibió su Ph.D. en física matemática de Princeton en 1936.

Carrera e investigación

Servicio de la Segunda Guerra Mundial

De 1941 a 1944, Bardeen encabezó el grupo que trabajaba en minas magnéticas y torpedos y contramedidas de minas y torpedos en el Laboratorio de Artillería Naval. Durante este período, su esposa Jane dio a luz un hijo (Bill, nacido en 1941) y una hija (Betsy, nacida en 1944).

Laboratorios Bell

John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain en Bell Labs, 1948

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.

La tarea del grupo era buscar una alternativa de estado sólido a los frágiles amplificadores de válvulas 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 fue excelente y las ideas se intercambiaron libremente. En el invierno de 1946, obtuvieron suficientes resultados como para que Bardeen enviara 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 condujo a varios artículos más (uno de ellos en coautoría con Shockley), que estimaron que la densidad de los estados de la superficie era más que suficiente para explicar sus experimentos fallidos. El ritmo del trabajo se aceleró significativamente cuando comenzaron a rodear los puntos de contacto entre el semiconductor y los cables conductores con electrolitos. Moore construyó un circuito que les permitía 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, colocó un voltaje en una gota de gu colocada en una unión p-n.

Invención del transistor

Una réplica estilizada del primer transistor inventado en Bell Labs el 23 de diciembre de 1947

El 23 de diciembre de 1947, Bardeen y Brattain estaban trabajando sin Shockley cuando lograron crear un transistor de contacto puntual que lograba la amplificación. Al mes siguiente, Bell Labs' los abogados de patentes comenzaron a trabajar en las solicitudes de patentes.

Laboratorios Bell' Los abogados 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.

Shockley se llevó públicamente la mayor parte del crédito por la invención del transistor; esto condujo a un deterioro de la relación de Bardeen con él. Sin embargo, la gerencia de Bell Labs presentó constantemente a los tres inventores como un equipo. Shockley eventualmente enfureció y alienó a Bardeen y Brattain, esencialmente impidiendo que los dos trabajaran en el transistor de unión. Bardeen comenzó a buscar una teoría de la superconductividad y dejó 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 después de su invención.

El "transistor" (un acrónimo de 'transconductancia' y 'resistencia') era 1/50 del tamaño de los tubos de vacío que reemplazó en televisores y radios, usaba mucha menos energía, era mucho más confiable y permitió que los dispositivos eléctricos se hicieran más compactos.

Universidad de Illinois en Urbana–Champaign

Una placa conmemorativa recordando a John Bardeen y la teoría de la superconductividad, en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign

Para 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 a Bardeen una oferta de $10,000 al año. Bardeen aceptó la oferta y dejó Bell Labs, uniéndose a las facultades de ingeniería y física de Illinois en 1951, donde fue profesor de ingeniería eléctrica y física.

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 se ocupó de los aspectos experimentales y teóricos de los semiconductores, y el programa de investigación del Departamento de Física se ocupó de los aspectos teóricos de los sistemas cuánticos macroscópicos, en particular la superconductividad y los líquidos cuánticos.

Fue profesor activo en Illinois de 1951 a 1975 y luego se convirtió en profesor emérito. En su vida posterior, Bardeen permaneció activo en la investigación académica, tiempo durante el cual se centró en comprender el flujo de electrones en las ondas de densidad de carga (CDW) a través de compuestos metálicos de cadena lineal. Sus propuestas de que el transporte de electrones CDW es un fenómeno cuántico colectivo (ver Fenómenos cuánticos macroscópicos) fueron recibidas inicialmente con escepticismo. Sin embargo, los experimentos informados en 2012 muestran oscilaciones en la corriente CDW versus el flujo magnético a través de anillos de trisulfuro de tantalio, similar al comportamiento de los dispositivos de interferencia cuántica superconductores (ver SQUID y el efecto Aharonov-Bohm), dando crédito a la idea de que el transporte colectivo de electrones CDW es fundamentalmente de naturaleza cuántica. (Véase mecánica cuántica). Bardeen continuó su investigación a lo largo de la década de 1980 y publicó artículos en Physical Review Letters y Physics Today menos de un año antes de morir.

Los Archivos de la Universidad de Illinois conservan una colección de documentos personales de Bardeen.

Premio Nobel de Física en 1956

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".

En la ceremonia del Premio Nobel en Estocolmo, Brattain y Shockley recibieron sus premios esa noche de manos del rey Gustavo VI Adolfo. Bardeen trajo solo 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.

Teoría BCS

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).

Premio Nobel de Física en 1972

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". 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. Sólo otros cuatro han recibido alguna vez más de un Premio Nobel.

Bardeen llevó a sus tres hijos a la ceremonia del Premio Nobel en Estocolmo. Bardeen donó gran parte del dinero del Premio Nobel para financiar las Conferencias en memoria de Fritz London en la Universidad de Duke.

Es el único ganador doble en física y uno de los tres ganadores dobles 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.

Otros premios

Además de haber sido galardonado con el premio Nobel dos veces, Bardeen tiene muchos otros premios, entre ellos:

Xerox

Bardeen también fue un importante asesor de Xerox Corporation. Aunque tranquilo por naturaleza, dio el paso inusual 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.

Vida privada

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, los vecinos lo recordaban mejor 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 al golf e ir de picnic con su familia. Lillian Hoddeson dijo que debido a que "difiería radicalmente del estereotipo popular de 'genio' y no estaba interesado en aparecer de otra manera que no fuera normal, el público y los medios a menudo lo pasaban por alto."

Cuando se le preguntó a Bardeen sobre sus creencias durante una entrevista de 1988, respondió: "No soy una persona religiosa, así que no pienso mucho en eso". Sin embargo, también ha dicho: "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. 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. A pesar de esto, él y su esposa dejaron en claro que no tenían fe en el más allá y otras ideas religiosas. Fue el padre de James M. Bardeen.

Muerte

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. Aunque vivía en Champaign-Urbana, había venido a Boston para una consulta médica. Bardeen y su esposa Jane (1907–1997) están enterrados en el cementerio de Forest Hill, Madison, Wisconsin. Les sobrevivieron tres hijos, James, William y Elizabeth Bardeen Greytak, y seis nietos.

Legado

Cerca del final de esta década, cuando comienzan 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 tal vez incluso en, de la parte superior de la lista... Mr. Bardeen shared two Nobel Prizes and has been awarded numerous other honours. Pero qué mayor honor puede haber cuando cada uno de nosotros puede mirar a nuestro alrededor y en todas partes ver los recordatorios de un hombre cuyo genio ha hecho nuestra vida más larga, más saludable y mejor.

—Chicago Tribune editorial, 3 de febrero de 1991

En honor a Bardeen, el patio 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. Sony Corporation debe gran parte de su éxito a la comercialización de los transistores de Bardeen en dispositivos portátiles televisores y radios, y había trabajado con investigadores de Illinois. A partir de 2022, el profesor John Bardeen es Yurii Vlasov.

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 todos los estadounidenses; John's lo hizo."

Bardeen fue homenajeado el 6 de marzo de 2008 con una estampilla postal de los Estados Unidos como parte de la campaña "Científicos estadounidenses" serie diseñada por el artista Victor Stabin. La estampilla de $0.41 fue presentada en una ceremonia en la Universidad de Illinois. 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. Las diversas aplicaciones de la superconductividad incluyen sensores infrarrojos y sistemas de imágenes médicas." Los otros científicos en el "Científicos estadounidenses" La hoja incluye al bioquímico Gerty Cori, al químico Linus Pauling y al astrónomo Edwin Hubble.