Джон Роберт Шриффер: Жизнь и вклад в теорию сверхпроводимости.

Введение

Американский физик (1931–2019)

Джон Роберт Шриффер (John Robert Schrieffer; 31 мая 1931 – 27 июля 2019) – американский физик, удостоенный Нобелевской премии по физике 1972 года совместно с Джоном Бардином и Леоном Купером за разработку теории БКШ, первой успешной квантовой теории сверхпроводимости.

Жизнь и карьера

Шриффер родился в Оук-Парке, штат Иллинойс, в семье Луизы (Андерсон) и Джона Генри Шриффера. В 1940 году его семья переехала в Манхассет, штат Нью-Йорк, а затем в 1947 году в Юстис, штат Флорида, где его отец, бывший торговый представитель фармацевтической компании, начал карьеру в цитрусовой промышленности. В юности во Флориде Шриффер увлекался созданием самодельных ракет и радиосвязью, что пробудило в нем интерес к электротехнике. После окончания средней школы Юстиса в 1949 году Шриффер поступил в Массачусетский технологический институт, где два года изучал электротехнику, прежде чем перейти на физику на третьем курсе. В 1953 году он завершил бакалаврскую диссертацию о мультиплетах в тяжелых атомах под руководством Джона С. Слейтера. Увлеченный физикой твердого тела, Шриффер начал обучение в аспирантуре в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн, где сразу же был принят на работу в качестве научного сотрудника к Бардину. После решения теоретической задачи об электрической проводимости на поверхности полупроводников, Шриффер год работал в лаборатории, применяя теорию к различным поверхностным проблемам. На третьем курсе аспирантуры он присоединился к Бардину и Куперу в разработке теории сверхпроводимости. Шриффер вспоминал, что в январе 1957 года, находясь в нью-йоркском метро, он пришел к идее математического описания основного состояния сверхпроводящих электронов. Шриффер и сотрудничавший с Бардином Купер обнаружили, что электроны в сверхпроводнике объединяются в пары, теперь известные как пары Купера, и что движения всех пар Купера внутри одного сверхпроводника коррелируют и функционируют как единое целое благодаря электрон-фононному взаимодействию. Математическим прорывом Шриффера стало описание поведения всех пар Купера одновременно, а не каждой отдельной пары. На следующий день после возвращения в Иллинойс Шриффер показал свои уравнения Бардину, который сразу понял, что они являются решением проблемы. Теория сверхпроводимости БКШ (Бардин – Купер – Шриффер), как она теперь известна, объяснила более чем тридцатилетние экспериментальные результаты, которые ставили в тупик многих выдающихся теоретиков в физике. После завершения докторской диссертации по теории сверхпроводимости Шриффер провел 1957–1958 учебный год в качестве стипендиата Национального научного фонда в Бирмингемском университете в Англии и в Институте Нильса Бора в Копенгагене, где продолжил исследования в области сверхпроводимости. После года работы ассистентом профессора в Чикагском университете он вернулся в Университет Иллинойса в 1959 году в качестве преподавателя. В 1960 году он вновь посетил Институт Бора летом, во время которого помолвился с Анне Грете Томсен, на которой женился в то же Рождество. Два года спустя Шриффер присоединился к преподавательскому составу Университета Пенсильвании в Филадельфии, а в 1964 году опубликовал свою книгу о теории БКШ – «Теория сверхпроводимости». Он был удостоен почетных степеней Технического университета Мюнхена и Женевского университета. В 1968 году Шриффер вместе с Купером были удостоены премии Комстока по физике Национальной академии наук. В том же году он получил премию Оливера Э. Бакли по физике конденсированного состояния от Американского физического общества. Шриффер был избран в Американскую академию искусств и наук в 1970 году и в Национальную академию наук США в 1971 году. В 1972 году он вместе с Бардином и Купером получил Нобелевскую премию по физике за разработку теории БКШ. Шриффер был избран в Американское философское общество в 1975 году. В 1980 году Шриффер стал профессором Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, а в 1984 году – канцлером-профессором, занимая должность директора Института теоретической физики Кавли при университете. В 1992 году Университет штата Флорида назначил Шриффера университетским ученым-профессором и главным научным сотрудником Национальной лаборатории высоких магнитных полей, где он продолжил преследовать одну из главных целей физики – сверхпроводимость при комнатной температуре. 24 сентября 2004 года, управляя автомобилем с приостановленным водительским удостоверением, Шриффер попал в аварию, в результате которой погиб один человек и еще семь получили ранения. Он скончался в конце июля 2019 года в доме престарелых во Флориде во сне, в возрасте 88 лет.

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.