John Bardeen

Bedeutung und wissenschaftliche Leistungen

John Bardeen (23. Mai 1908–30. Januar 1991) war ein US-amerikanischer Physiker. Seine wichtigsten Leistungen waren die Mitentwicklung des ersten Bipolartransistors und die theoretische Erklärung der Supraleitung. Beide Arbeiten waren für die moderne Physik und Technik grundlegend.

Bardeen erhielt zweimal den Nobelpreis für Physik: 1956 für die Entwicklung des Transistors und 1972 für seinen fundamentalen Beitrag zur Theorie der Supraleitfähigkeit. Er war der erste und ist bislang einzige Wissenschaftler, der den Nobelpreis zweimal in der Kategorie Physik erhielt. Insgesamt gehört er zu den fünf Menschen, die zweimal mit einem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Ausbildung und beruflicher Weg

Bardeen wurde am 23. Mai 1908 in Madison im US-Bundesstaat Wisconsin geboren. Bereits mit 15 Jahren begann er an der University of Wisconsin Elektrotechnik, Physik und Mathematik zu studieren. Dort erwarb er 1928 den Bachelor of Science und 1929 den Master of Science in Elektrotechnik.

Ab 1933 studierte er Physik und Mathematik an der Princeton University, ab 1935 in Harvard. Er spezialisierte sich auf die Quantentheorie der Festkörperphysik. Dieses Gebiet untersucht die Eigenschaften fester Stoffe mithilfe der Quantenmechanik. 1936 promovierte er bei Eugene Paul Wigner in mathematischer Physik.

Von 1938 bis 1941 war Bardeen Assistant Professor an der University of Minnesota. Während des Zweiten Weltkriegs arbeitete er als Physiker am U.S. Naval Ordnance Laboratory in Washington, D.C. Von 1945 bis 1951 war er bei den Bell Telephone Laboratories tätig. Danach lehrte und forschte er bis 1975 als Professor für Elektrotechnik und Physik an der University of Illinois at Urbana-Champaign. Nach seiner Emeritierung 1975 lebte er bis zu seinem Tod am 30. Januar 1991 in Urbana, Illinois.

Entwicklung des Bipolartransistors

Bei den Bell Telephone Laboratories arbeitete Bardeen mit William B. Shockley und Walter Brattain zusammen. Die Gruppe erforschte die elektrische Leitfähigkeit von Halbleitern und Metallen sowie deren Oberflächeneigenschaften. Halbleiter sind Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und Nichtleitern liegt und gezielt beeinflusst werden kann.

Am 23. Dezember 1947 entdeckten die drei Forscher mithilfe von Germaniumkristallen den Transistoreffekt und konstruierten den ersten Bipolartransistor. Ein Bipolartransistor ist ein elektronisches Bauelement, mit dem elektrische Signale verstärkt oder geschaltet werden können. Weil Transistoren stark verkleinert werden können, lösten sie eine elektronische Revolution aus und ermöglichten viele Entwicklungen der Mikroelektronik und Computertechnologie.

Für diese Entdeckung erhielten Bardeen, Shockley und Brattain 1956 gemeinsam den Nobelpreis für Physik.

BCS-Theorie der Supraleitung

An der University of Illinois entwickelte Bardeen gemeinsam mit Leon Neil Cooper und John Robert Schrieffer eine Theorie der Supraleitung. Supraleitung bezeichnet das Verschwinden des elektrischen Widerstands bestimmter Metalle und Legierungen bei Temperaturen nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt. Die Erklärung wurde nach den Anfangsbuchstaben der drei Forscher BCS-Theorie genannt.

Bardeen hatte das Phänomen bereits in den 1930er Jahren untersucht und gelangte in den 1950er Jahren zu seiner theoretischen Erklärung. An der Universität gründete er im Fachbereich Elektrotechnik ein Forschungsprogramm zur Supraleitung. Im Fachbereich Physik baute er außerdem ein Programm zur Erforschung makroskopischer Quantensysteme auf, insbesondere zur Supraleitung und zu Quantenflüssigkeiten.

1972 erhielten Bardeen, Cooper und Schrieffer gemeinsam den Nobelpreis für Physik für ihren fundamentalen Beitrag zur Theorie der Supraleitfähigkeit.

Ehrungen und wissenschaftliches Vermächtnis

Bardeen wurde 1954 in die National Academy of Sciences, 1958 in die American Philosophical Society und 1959 in die American Academy of Arts and Sciences gewählt. 1962 erhielt er den Fritz London Memorial Prize; später stiftete er unter anderem Geld aus seinem zweiten Nobelpreis zur Finanzierung dieses Preises.

1974 wurde er in die National Inventors Hall of Fame aufgenommen. Im Jahr 2001 folgte postum die Aufnahme in die CQ Amateur Radio Hall of Fame. Der John Bardeen Prize für Beiträge zur Theorie der Supraleitung trägt seinen Namen.