• No products in the cart.

  • LOGIN

nobel vật lý 1973

nobel vật lý 1973

Leo Esaki (1925-),

Ivar Giaever (1929-)

và Brian David Josephson (1940-)

Giải Nobel Vật lý năm 1973 được trao cho công dân Nhật Bản Leo Esaki tại Trung tâm nghiên cứu Thomas J. Watson của IBM ở Yorktown Heights (New York, Mỹ), công dân Mỹ gốc Na Uy Ivar Giaever tại Công ty điện General ở Schenectady (New York, Mỹ) “do những phát minh thực nghiệm của họ về những hiện tượng tunen tương ứng trong các chất bán dẫn và siêu dẫn” và công dân Anh Brian David Josephson tại Đại học Cambridge ở Cambridge (Anh) “do những dự đoán lý thuyết của ông về các tính chất của một siêu dòng qua một hàng rào tunen đặc biệt là các hiện tượng thường được gọi là các hiệu ứng Josephson”.

Leo Esaki sinh năm 1925 tại Osaka (Nhật Bản). Esaki tốt nghiệp đại học ngành vật lý năm 1947 và nhận bằng tiến sĩ chuyên ngành năm 1959 đều ở Đại học Tokyo. Ông làm việc cho IBM và tham gia nghiên cứu bán dẫn tại Trung tâm nghiên cứu Thomas J. Watson của IBM ở Yorktown Heights (New York) từ năm 1960. Trước khi làm việc cho IBM, ông làm việc tại Hãng Sony và ở đó ông nghiên cứu Ge và Si pha tạp mạnh. Điều đó dẫn ông đến phát minh ra điôt tunen Esaki. Đây là linh kiện điện tử lượng tử đầu tiên trên thế giới. Từ năm 1969, Esaki cùng với các cộng sự đi tiên phong trong việc “thiết kế các cấu trúc lượng tử bán dẫn” chẳng hạn như các siêu mạng nhân tạo và khám phá ra một vùng lượng tử mới ở giới hạn tận cùng của vật lý bán dẫn.

Giải Nobel Vật lý năm 1973 ghi nhận những công trình mở đầu của ông về sự xuyên hầm của điện tử trong các chất rắn. Ông còn được trao tặng các giải thưởng khác như Giải thưởng Nishina (1959), Giải thưởng của Liên đoàn tơ nhân tạo (rayon) Toyo nhằm thúc đẩy khoa học và công nghệ (1960), Giải thưởng Morris N. Liebmann từ IRE (1961), GiảI thưởng của Viện Hàn lâm Nhật Bản (1965), Huân chương Văn hóa từ chính phủ Nhật Bản (1974), Giải thưởng Quốc tế về các vật liệu mới của Hội Vật lý Mỹ (1985) cho công trình tiên phong của ông về các siêu mạng bán dẫn nhân tạo và Huy chương danh dự của IEEE (1991) cho các đóng góp của ông về hiệu ứng tunen, các siêu mạng bán dẫn và các giếng lượng tử. Tiến sĩ Esaki là tiến sĩ danh dự của Trường Doshisha (Nhật Bản), Đại học Bách khoa Madrid (Tây Ban Nha), Đại học Montpellier (Pháp), Đại học Kwansei Gakuin (Nhật Bản) và Đại học Athens (Hy Lạp). Ông là giám đốc của IBM ở Nhật Bản và ở trong Ban điều hành của Phòng thí nghiệm nghiên cứu Tokyo của IBM. Esaki còn là giám đốc Liên đoàn Khoa học Yamada và Liên đoàn Khoa học và Công nghệ Nhật Bản. Ông là thành viên của nhiều hội đồng cố vấn khoa học quốc tế và giáo sư phụ (adjunct) của Đại học Waseda (Nhật Bản). Esaki là một biên tập mời của Nhà xuúat bản Yomiuri.

Leo Esaki được bầu là viện sĩ Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Mỹ (tháng 5 năm 1974), Viện Hàn lâm Nhật Bản (ngày 12 tháng 11 năm 1975), Viện Hàn lâm Kỹ thuật Quốc gia Mỹ (ngày 1 tháng 4 năm 1977). Ông là thành viên của Max-Planck-Gesellschaft (ngày 17 tháng 3 năm 1989) và thành viên nước ngoài của Hội Triết học Mỹ (tháng 4 năm 1991).

Ivar Giaever sinh ngày 5 tháng 4 năm 1929 tại Bergen (Na Uy). Ông là con thứ hai trong một gia đình có ba người con. Ông lớn lên tại Toten. Cha ông tên là John A, Giaever và ông ấy là một dược sĩ. Giaever học tiểu học ở Toten và trung học ở thành phố Hamar. Sau khi tốt nghiệp trung học, ông làm việc một năm tại nhà máy Raufoss Munition. Sau đó, năm 1948 ông vào học Viện Công nghệ Na Uy. Năm 1952 ông tốt nghiệp đại học ngành kỹ thuật cơ khí.

Năm 1953 Giaever hoàn thành nghĩa vụ quân sự trong quân đội Na Uy với cấp bậc hạ sĩ. Sau đó, ông làm một người thẩm tra bằng sáng chế trong một năm ở Na Uy.

Giaever di cư sáng Canađa năm 1954 và sau một thời gian ngắn làm phụ tá kiến trúc sư. ông làm việc cho Chương trình kỹ thuật nâng cao của Công ty điện General ở Canađa. Năm 1956 ông di cư sang Mỹ và ở đó ông đã hoàn thành các khóa học A, B  và C về toán học ứng dụng của Công ty điện General. Năm 1958 ông làm việc cho Trung tâm nghiên cứu và triển khai điện General và đồng thời nghiên cứu vật lý tại Đại học Bách khoa Rensselaer. Năm 1964 ông nhận bằng tiến sĩ chuyên ngành của trường này.

Từ năm 1958 đến năm 1969, tiến sĩ Giaever nghiên cứu trong các lĩnh vực màng mỏng, hiệu ứng tunen và siêu dẫn. Năm 1965 ông được trao tặng Giải thưởng Oliver E. Buckley do những nghiên cứu mở đầu của ông kết hợp hiệu ứng tunen và siêu dẫn. Năm 1969 ông nhận được học bổng Guggenheim đến Cambridge (Anh) trong trong một năm để nghiên cứu lý sinh. Từ khi quay trở lại Trung tâm nghiên cứu và triển khai điện General năm 1970, tiến sĩ Giaever sử dụng hầu hết cố gắng của mình để nghiên cứu dáng điệu của các phân tử protein ở các bề mặt chất rắn. Như Giaever nói ông sẽ tiếp tục nghiên cứu lý sinh và cố gắng sử dụng các phương pháp và tư tưởng vật lý để giải các bài toán sinh học. Về sau, ông nghiên cứu chuyển động của các tế bào động vật có vú trong nuôi cấy mô bằng cách nuôi cấy cả tế bào thường và tế bào ung thư trên các điện cực nhỏ. Năm 1988 Giaever rời khỏi Công ty điện General để trở thành giáo sư Đại học Bách khoa Rensselaer ở Troy (New York) và đồng thời là giáo sư Đại học Oslo (Na Uy).

Ivar Giaever là thành viên Viện Kỹ sư điện và điện tử Mỹ, hội viên Hội lý sinh và Hội Vật lý Mỹ. Ông là thành viên Hội đồng cố vấn khoa học của một số hội nghị quốc tế. Giaever còn là thành viên Hội đồng điều hành phần bộ phận chất rắn của Hội Vật lý Mỹ.

Năm 1952 Giaever cưới vợ tên là Inger Skramstad và vợ chồng ông có bốn con. Ông trở thành công dân Mỹ vào năm 1964.

Brian D. Josephson sinh ngày 4 tháng 1 năm 1940 tại Cardiff ở Wales (Anh). Ông học trường trung cao Cardiff, tốt nghiệp đại học năm 1960 và nhận bằng thạc sĩ và tiến sĩ chuyên ngành năm 1964 đều ở Đại học Cambridge. Josephson là thực tập sinh Cao đẳng Trinity ở Cambridge (1962), trợ lý giáo sư nghiên cứu tại Đại học Illinois (1964-1965), trợ lý giám đốc nghiên cứu tại Đại học Cambridge (1967-1972) và thực tập sinh tại Đại học Cornell theo học bổng nhà khoa học nước ngoài cao cấp của LiÊn đoàn Khoa học Quốc gia NSF (1971). Ông là phó giáo sư vật lý (1972-1974) và giáo sư vật lý (từ 1974) của Đại học Cambridge. Josephson còn là giáo sư thỉnh giảng tại Khoa Khoa học máy tính của Đại học Quốc gia Wayne ở Detroit (1983), Viện Khoa học ấn Độ ở Banglore (1984) và Đại học Missouri-Rolla (1987).

Brian D. Josephson đã được trao tặng Giải thưởng Nhà khoa học mới (1969), Giải thưởng của Nghiệp đoàn nghiên cứu (1969) và Giải thưởng Fritz London (1970). Ông được trao tặng Huy chương Guthrie (1972) của Viện Vật lý Anh, Huy chương van der Pol (1972), Huy chương Elliot Cresson (1972) của Viện Franklin, Huy chương Hughes (1972) của Hội Hoàng gia London, Huy chương Holweck (1972) của Viện Vật lý Anh và Viện Vật lý Pháp, Huy chương Faraday (1982) của Viện Kỹ sư điện Anh và Huy chương George Thomson (1984) của Viện Đo lường và đièu khiển.

Josephson là thành viên Viện Vật lý Anh, viện sĩ danh dự của Viện Hàn lâm Nghệ thuật và Khoa học Mỹ (1974) và thành viên danh dự Viện Ký sư điện và điện tử (1982). Ông là tiến sĩ khoa học danh dự của Đại học Wales (1974) và Đại học Exerter (1983). Năm 1983 ông được mời báo cáo về “Các trạng thái cao của ý thức” cho Quốc hội Mỹ.

Giải Nobel Vật lý năm 1973 được trao cho các phát minh của Esaki, Giaever và Josephson liên quan đến các hiện tượng tunen trong các chất rắn.

Các hiện tượng xuyên hầm (hiện tượng tunen) thuộc về các hệ quả trực tiếp nhất của các định luật vật lý hiện đại và không có sự tượng tự trong cơ học cổ điển. Theo vật lý lượng tử, các hạt cơ bản chẳng hạn như điện tử không thể xem xét như các hạt cổ điển vì chúng mang lưỡng tính sóng hạt. Các điện tử được mô tả về mặt toán học bởi các nghiệm của một phương trình sóng gọi là phương trình Schrodinger. Một điện tử và chuyển động của nó có thể được mô tả bằng sự chồng chập (superposition) của các sóng đơn giản mà nó tạo thành một bó sóng với sự mở rộng xác định trong không gian. Các sóng này có thể xuyên qua một hàng rào mỏng mà nó là vùng cấm nếu ta xem điện tử là  hạt cổ điển. Thuật ngữ tunen đề cập đến tính chất kiểu sóng này. Hạt dường như đi xuyên hầm (tunen) qua vùng cấm. Để có khái niệm về loại hiện tượng này, ta hãy xem xét việc ném bóng vào một bức tường có lỗ để bóng đi qua. Nói chung bóng quay ngược trở lại nhưng thỉnh thoảng bóng đi qua tường. Về nguyên tắc, điều này có thể xảy ra những xác suất cho một sự kiện như thế là nhỏ có thể bỏ qua.

ở mức nguyên tử, sự xuyên hầm là một hiện tượng khá phổ biến. Thay cho các quả bóng, ta xem xét các điện tử chuyển động với vận tốc lớn trong một kim loại. Các điện tử hướng tới một vùng cấm chẳng hạn như một hàng rào mỏng cách điện. Trong trường hợp này, ta không thể bỏ qua khả năng xuyên hầm. Một phần nào đó của các điện tử sẽ đi xuyên qua hàng rào và ta có thể thu được một dòng xuyên hầm yếu đi qua hàng rào. Việc quan tâm đến các hiện tượng tunen đã có từ những năm đầu của cơ học lượng tử nghĩa là vào cuối những năm 1920.  áp dụng ban đầu nổi tiếng nhất của ý tưởng xuyên hầm là mô hình về sự phân rã anpha của các hạt nhân nguyên tử nặng (1928). Người ta sớm lường trước khả năng của nhiều hiện tượng tunen trong các chất rắn nhưng tiến bộ đạt được chậm chạp và lý thuyết và thực nghiệm thường đưa ra các kết quả trái ngược nhau. Các nhà vật lý dường như không còn quan tâm đến sự xuyên hầm chất rắn vào đầu những năm 1930. Nhờ việc phát minh ra hiệu ứng transistor vào năm 1947 người ta lại quan tấm đến quá trình xuyên hầm. Nhiều nhà nghiên cứu cố gắng quan sát hiện tượng tunen trong các chất bán dẫn nhưng các kết quả thu được thường gây tranh cãi và không đi đến kết luận.

Thông qua nghiên cứu mở đầu của Esaki, Giaever và Josephson, việc nghiên cứu hiện tượng tunen trong các chất rắn đã được phát triển thành một lĩnh vực nghiên cứu bao trùm nhiều hiện tượng vật lý và người ta đã thu được nhiều kết quả quan trọng trong nghiên cứu cơ bản. Các phát minh mới cũng mở ra những khả năng mới đầy bất ngờ cho các ứng dụng kỹ thuật.

Leo Esaki đã có phát minh đầu tiên về hiện tượng tunen khi ông làm việc cho Hãng Sony ở Nhật Bản. Từ một vài thực nghiệm đơn giản dễ lầm lẫn do ông công bố năm 1958, ông đã làm sáng tỏ các quá trình tunen  trong các chất rắn. Hiện tượng này còn là một bí ẩn trong nhiều thập kỷ. Esaki không chỉ thiết lập sự tồn tại của hiệu ứng tunen trong các chất bán dẫn mà còn chỉ ra và giải thích một khía cạnh không ngờ trước của hiệu ứng này trong các chuyển tiếp bán dẫn. Khía cạnh mới này chứng minh tính hữu ích của hiệu ứng tunen trong ứng dụng kỹ thuật và dẫn đến phát minh ra một linh kiện điện tử gọi là điôt tunen hay điôt Esaki. Phát minh của Esaki mở ra một lĩnh vực nghiên cứu mới dựa trên cơ sở hiệu ứng tunen trong các chất bán dân và  tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực này tại nhiều phòng thí nghiệm nghiên cứu quốc tế. Phương pháp của Esaki sớm trở thành một phương pháp đặc biệt quan trọng trong vật lý chất rắn do tính đơn giản của nó về nguyên lý và độ nhạy cao của hiệu ứng tunen đốivới nhiều chi tiết tinh vi.

Giaever đã tạo ra bước tiến quan trọng tiếp theo vào năm 1960 khi xem xét hiệu ứng tunen trong các chất siêu dẫn. Ông đã chứng minh sự xuyên hầm của các điện tử qua một lớp oxit tự nhiên cực mỏng nằm giữa hai màng kim loại trong đó cả hai màng kim loại đều ở trong trạng thái siêu dẫn hoặc màng kim loại thứ nhất ở trong trạng thái siêu dẫn và màng kim loại thứ hai ở trong trạng thái thường. Các lớp màng kim loại và oxit được tạo ra bằng phương pháp bay hơi. Thực nghiệm của Giaever cung cấp một chứng cớ rất trực tiếp cho sự tồn tại của cái gọi là khe năng lượng trong phổ điện tử khi một kim loại trở thành siêu dẫn mà nó là một trong các dự đoán quan trọng nhất của lý thuyết BCS (lý thuyết vi mô về siêu dẫn do Bardeen, Cooper và Schrieffer phát triển và đã được trao Giải Nobel Vật lý năm 1972). Giaever dự đoán rằng khe năng lượng sẽ được phản ánh trong mối quan hệ dòng điện – điện áp trong một thực nghiệm về hiệu ứng tunen. Thực nghiệm của Giaever chỉ ra rằng dự đoán của ông là chính xác và phương pháp dùng hiệu ứng tunen sớm trở thành một phương pháp vượt trội trong nghiên cứu khe năng lượng trong các chất siêu dẫn. Giaever cũng quan sát thấy một cấu trúc tinh tế đặc trưng trong dòng tunen mà nó phụ thuộc vào sự kết hợp của các điện tử với các dao động mạng. Trong các thực nghiệm sau đó, Giaever và những người khác đã phát triển phương pháp dùng hiệu ứng tunen vào trong phép phân tích quang phổ rất mạnh và chính xác nhằm nghiên cứu chi tiết các tính chất của các chất siêu dẫn. Các thực nghiệm này theo một cách gây ấn tượng sâu sắc đã xác nhận giá trị của lý thuyết siêu dẫn.

Các phát minh của Giaever đưa ra một số câu hỏi lý thuyết rất quan trọng và điều này thúc đẩy nhà vật lý trẻ Brian Josephson khi đó là một nghiên cứu sinh ở Cambridge tiến hành một phép phân tích sắc sảo về hiệu ứng tunen giữa hai chất siêu dẫn. Ngoài dòng của Giaever, Josephson phát hiện thấy một dòng yếu do sự xuyên hầm của các cặp điện tử ghép cặp gọi là các cặp Cooper. Điều này chứng tỏ rằng có một siêu dòng chạy qua hàng rào. Điều đó dẫn ông đến một tính toán mới về dòng chạy qua hàng rào. Công trình này của Josephson được công bố năm 1962 và nó dự đoán các hiện tượng hoàn toàn mới trong các chất siêu dẫn trong đó đặc biệt là các hiện tượng sau đó gọi là các hiệu ứng Josephson. Một trong những hiệu ứng đó là một siêu dòng có thể chạy qua hàng rào ngay cả khi không có điện áp giữa hai phía hàng rào. Hiệu ứng thứ hai thậm chí còn gây ấn tượng mạnh hơn và dự đoán rằng một điện áp đặt vào cố định sẽ gây ra một dòng xoay chiều cao tần chạy qua hàng rào với tần số trong phạm vi vi sóng. Các dự đoán lý thuyết của ông đã được thực nghiệm xác nhận trong khoảng một năm và chúng có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển vật lý trong những năm gần đây. Các phát minh lý thuyết của Josephson chỉ ra rằng có thể tác động lên các siêu dòng bằng cách sử dụng điện trường và từ trường. Nhờ đó, có thể điều khiển, nghiên cứu và khám phá các hiện tượng lượng tử trên phạm vi vĩ mô.

Các phát minh của ba nhà vật lý Esaki, Giaever và Josephson có quan hệ chặt chẽ với nhau. Công trình tiên phong của Esaki cung cấp cơ sở và lực đẩy trực tiếp cho công trình của Giaever về sự xuyên hầm trong các chất siêu dẫn vào năm 1960. Công trình của Giaever đến lượt nó cung cấp cơ sở và lực đẩy trực tiếp cho những dự đoán lý thuyết của Josephson vào năm 1962. Mối quan hệ chặt chẽ giữa các khái niệm trừu tượng và các công cụ tinh vi của vật lý hiện đại cùng các ứng dụng thực tiễn cho khoa học và công nghệ được nhấn mạnh trong các phát minh nói trên. Các phát minh của họ mở ra các lĩnh vực nghiên cứu mới và dẫn đến ngày càng tăng số lượng của các ứng dụng kỹ thuật quan trọng với sự đóng góp của một số lớn các nhà khoa học. Có thể kể ra ví dụ về các linh kiện điện tử như điôt tunen, máy dò tunen, transistor tunen và một số dạng laze bán dẫn. Các hiệu ứng Josephson có thể áp dụng để xem xét lại giá trị của các hằng số cơ bản, đem lại một phương pháp mới để đo điện áp và tạo ta một giao thoa kế lượng tử mới mà nó dẫn tới sự phát triển của nhiều công cụ thực nghiệm với độ chính xác, độ nhạy, phạm vi đo ngày càng tăng và áp dụng rộng rãi trong khoa học và công nghệ. Giao thoa kế lượng tử này đã được sử dụng trong các ứng dụng khác nhau như đo các nhiệt độ ở gần không độ tuyệt đối, dò các sóng hấp dẫn, thăm dò quặng và nghiên cứu điện từ trường xung quanh tim và não.

Tác giả bài viết: PGS. TS. Nguyễn Quang Học

February 12, 2012

0 responses on "nobel vật lý 1973"

Leave a Message

Your email address will not be published.

inPhysic is an online education site which imparts knowledge and skills to million of users worldwide.

280 an dương vương, phường 4 quận 5,  Hồ Chí Minh
0976 905 317
[email protected] | [email protected] | [email protected]

Top Categories

january, 2021

No Events

top
X