Джон Роберт Шриффер: Физика және суперөткізгіштік теориясының пионері

Кіріспе

Американдық физик (1931–2019)

Джон Роберт Шриффер (31 мамыр 1931 – 27 шілде 2019) – американдық физик. Джон Бардин және Леон Купермен бірге 1972 жылы физика саласындағы Нобель сыйлығын, алғашқы табысты кванттық суперөткізгіштік теориясы – BCS теориясын жасағаны үшін алды.

Өмір және мансап

Шриффер Иллинойс штатының Оук-Парк қаласында Луиза (Андерсон) мен Джон Генри Шриффердің ұлы болып дүниеге келді. 1940 жылы оның отбасы Нью-Йорк штатының Манхасет қаласына, ал 1947 жылы Флорида штатының Юстис қаласына көшіп барды. Флоридада Шриффер үйде жасалған ракеталармен және радио әуесқойлығымен шұғылданды, бұл хобби оның электр инженериясына деген қызығушылығын оятты. 1949 жылы Эустис орта мектебін бітіргеннен кейін, Шриффер Массачусетс технология институтына түсті, онда екі жыл электр инженериясын оқыды, содан кейін үшінші курста физикаға ауысты. 1953 жылы Джон С. Слэйтердің жетекшілігімен ауыр атомдардағы мультиплеттер тақырыбында бакалаврлық диссертациясын қорғады. Қатты дене физикасына қызығушылық танытып, Шриффер Иллинойс университетінде (Урбана-Шампейн) аспирантураға түсті, онда ол бірден Бардиннің ғылыми көмекшісі болып жұмысқа қабылданды. Жартылай өткізгіштер бетіндегі электр өткізгіштігінің теориялық мәселесін шешкеннен кейін, Шриффер бір жыл зертханада жұмыс істеп, теорияны бірнеше беткі проблемаларға қолданды. Аспирантураның үшінші жылында Бардин мен Куперге қосылып, суперөткізгіштік теориясын дамытуға қатысты. Шриффер 1957 жылдың қаңтарында Нью-Йорктегі метрода суперөткізгіш электрондардың негізгі күйін математикалық тұрғыдан сипаттау идеясы келгенін еске алды. Шриффер мен Бардиннің әріптесі Купер суперөткізгіштегі электрондардың жұптар түрінде топланатынын, қазір Купер жұптары деп аталатынын, ал бір суперөткізгіштегі барлық Купер жұптарының қозғалысы өзара байланысты екенін және фонондық электрондық өзара әрекеттесулердің нәтижесінде біртұтас жүйе ретінде жұмыс істейтінін анықтады. Шриффердің математикалық табысы – барлық Купер жұптарының мінез-құлқын әрбір жеке жұпты есепке алмай, бір уақытта сипаттау болды. Иллинойсқа оралғаннан кейін Шриффер өзінің теңдеулерін Бардинге көрсетті, ол олардың мәселенің шешімі екенін бірден түсінді. BCS теориясы (Бардин-Купер-Шриффер) суперөткізгіштігі, қазіргі таңдағы белгілі теория, физикадағы ең көрнекті теоретиктердің көптеген тәжірибелік нәтижелерін түсіндірді. Суперөткізгіштік теориясы бойынша докторлық диссертациясын қорғағаннан кейін, Шриффер 1957-1958 оқу жылында Англияның Бирмингем университетінде және Копенгагендегі Нильс Бор институтында Ұлттық ғылым қорының стипендияты ретінде суперөткізгіштік зерттеулерін жалғастырды. Чикаго университетінде бір жыл ассистент профессор болып жұмыс істегеннен кейін, 1959 жылы Иллинойс университетіне оқытушы болып оралды. 1960 жылы ол Бор институтына жазғы сапармен қайта оралды, сол жылы Рождествода Анн Грете Томсенмен үйленді. Екі жылдан кейін Шриффер Филадельфиядағы Пенсильвания университетінің профессоры болып тағайындалды және 1964 жылы BCS теориясы туралы "Сверхпроводимость теориясы" атты кітабын жариялады. Мюнхен техникалық университеті мен Женева университетінің құрметті доктор дәрежесін алды. 1968 жылы Шриффер Купермен бірге Ұлттық ғылым академиясының физика саласындағы Комсток сыйлығымен марапатталды. Сол жылы ол Америка физикалық қоғамының Оливер Э. Баклидің конденсацияланған заттар сыйлығын алды. 1970 жылы Шриффер Америка өнер және ғылым академиясының, ал 1971 жылы АҚШ Ұлттық ғылым академиясының мүшесі болып сайланды. 1972 жылы ол Бардин мен Купермен бірге BCS теориясын жасағаны үшін 1972 жылғы физика бойынша Нобель сыйлығын жеңіп алды. 1975 жылы Шриффер Америка философиялық қоғамына сайланды. 1980 жылы Шриффер Калифорния университетінде (Санта-Барбара) профессорлық қызметке кірісті, 1984 жылы канцлер профессоры болды және университеттің Кавли теориялық физика институтының директоры қызметін атқарды. 1992 жылы Флорида мемлекеттік университеті Шрифферді университеттің ең көрнекті ғалымы және Ұлттық жоғары магниттік өріс зертханасының бас ғалымы етіп тағайындады, онда ол физикадағы маңызды мәселелердің бірі – бөлме температурасындағы суперөткізгіштікті зерттеуді жалғастырды. 2004 жылдың 24 қыркүйегінде, жүргізуші куәлігі тоқтатылған күйде, Шриффер автокөлік апатына ұшырады, нәтижесінде бір адам қаза тауып, жеті адам жарақат алды. 2019 жылдың шілде айының соңында Флоридадағы бір еміру мекемесінде ұйықтап жатқанда қайтыс болды. Ол 88 жаста еді.

Schrieffer was born in Oak Park, Illinois, the son of Louise (Anderson) and John Henry Schrieffer. His family moved in 1940 to Manhasset, New York, and then in 1947 to Eustis, Florida, where his father, a former pharmaceutical salesman, began a career in the citrus industry. In his Florida days, Schrieffer enjoyed playing with homemade rockets and ham radio, a hobby that sparked an interest in electrical engineering. After graduating from Eustis High School in 1949, Schrieffer was admitted to the Massachusetts Institute of Technology, where for two years he majored in electrical engineering before switching to physics in his junior year. He completed a bachelor's thesis on multiplets in heavy atoms under the direction of John C. Slater in 1953. Pursuing an interest in solid state physics, Schrieffer began graduate studies at the University of Illinois at Urbana–Champaign, where he was hired immediately as a research assistant to Bardeen. After working out a theoretical problem of electrical conduction on semiconductor surfaces, Schrieffer spent a year in the laboratory, applying the theory to several surface problems. In his third year of graduate studies, he joined Bardeen and Cooper in developing the theory of superconductivity. Schrieffer recalled that in January 1957 he was on a subway in New York City when he had an idea of how to describe mathematically the ground state of superconducting electrons. Schrieffer and Bardeen's collaborator Cooper had discovered that electrons in a superconductor are grouped in pairs, now called Cooper pairs, and that the motions of all Cooper pairs within a single superconductor are correlated and function as a single entity due to phonon electron interactions. Schrieffer's mathematical breakthrough was to describe the behavior of all Cooper pairs at the same time, instead of each individual pair. The day after returning to Illinois, Schrieffer showed his equations to Bardeen, who immediately realized they were the solution to the problem. The BCS theory (Bardeen Cooper Schrieffer) of superconductivity, as it is now known, accounted for more than 30 years of experimental results that had stymied some of the greatest theorists in physics. After completing his doctoral dissertation on the theory of superconductivity, Schrieffer spent the 1957–1958 academic year as a National Science Foundation fellow at the University of Birmingham in England and at the Niels Bohr Institute in Copenhagen, where he continued research into superconductivity. Following a year as assistant professor at the University of Chicago, he returned to the University of Illinois in 1959 as a faculty member. In 1960, he went back to the Bohr Institute for a summer visit, during which he became engaged to Anne Grete Thomsen whom he married at Christmas of that year. Two years later, Schrieffer joined the faculty of the University of Pennsylvania in Philadelphia, and, in 1964, Schrieffer published his book on the BCS theory, Theory of Superconductivity. He held honorary degrees from the Technical University of Munich and the University of Geneva. In 1968 Schrieffer, along with Cooper, were awarded the Comstock Prize in Physics from the National Academy of Sciences. He was awarded the Oliver E. Buckley Condensed Matter Prize by the American Physical Society the same year. Schrieffer was elected to the American Academy of Arts and Sciences in 1970 and the United States National Academy of Sciences in 1971. In 1972, he, along with Bardeen and Cooper, won the 1972 Nobel Prize in Physics for developing the BCS theory. Schrieffer was elected to the American Philosophical Society in 1975. In 1980, Schrieffer became a professor at the University of California, Santa Barbara, and rose to chancellor professor in 1984, serving as director of the university's Kavli Institute for Theoretical Physics. In 1992, Florida State University appointed Schrieffer as a university eminent scholar professor and chief scientist of the National High Magnetic Field Laboratory, where he continued to pursue one of the great goals in physics: room temperature superconductivity. On September 24, 2004, while driving with a suspended license, Schrieffer was involved in an automobile accident that killed one person and injured seven others. He died in late July 2019 at a nursing facility in Florida while sleeping. He was 88 years old.