1970 年诺贝尔物理学奖——磁流体动力学和新的磁性理论(6)

B站影视 2024-12-05 21:26 2

摘要:1970 年诺贝尔物理学奖一半授予瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院的阿尔文,以表彰他对“磁流体动力学的基础工作和发现,及其在等离子体不同部分卓有成效的应用”;另一半授予法国格勒诺布尔大学的奈耳,以表彰他对“反铁磁性和铁氧体磁性所作的基础研究和发现,这些研究和发现在固

汉尼斯·奥洛夫·哥斯达·阿尔文(Hannes Olf Gosta Alfvén,1908年5月30日-1995年4月2日)

路易·奈耳(Louis Néel,1904年11月12日-2000年11月17日)

1970 年诺贝尔物理学奖一半授予瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院的阿尔文,以表彰他对“磁流体动力学的基础工作和发现,及其在等离子体不同部分卓有成效的应用”;另一半授予法国格勒诺布尔大学的奈耳,以表彰他对“反铁磁性和铁氧体磁性所作的基础研究和发现,这些研究和发现在固体物理学中有重要应用”。

奈耳生平

奈耳 1904 年 11 月 22 日出生于法国罗纳省的里昂市。父亲是法国政府文职官员。奈耳从小就受到良好的教育。父母原希望他学文科,中学期间,他有一位老师是热心的无线电业余爱好者,他们一起修理和安装仪器设备,从而培养了他对物理学的兴趣。他的兴趣开始转向物理。

1924 年,他进入巴黎高等师范学院。毕业后,由于成绩优异被留校担任助教。随后,又转入斯特拉斯堡大学物理研究所,成为铁磁理论学家外斯(Pierre Weiss)的研究生,在那里他开始了磁学的研究。1932年,奈耳获博士学位,论文题为“分子场的磁涨落对物体磁特性的影响”。

作为外斯的主要助手,奈耳先后担任斯特拉斯堡大学物理学讲师(1934 年)和教授(1937 年),从事磁性理论研究。

1939 年,他入伍,第二次世界大战期间,他为法国海军工作。在研究了弱场中铁磁体的磁化规律后,他提出了一种新的退磁方法,即把同地磁场感应的恒定磁化强度大小相等、方向相反的磁化强度加在船体上。这种退磁方法取得了很大成功,有效地保护了盟国舰船免受纳粹德国的磁性水雷的攻击。他还系统地研究了物体内部退磁场或弥散场的作用,直至这些场小到可忽略不计。在考虑到晶粒的无规取向以及在空隙和非磁性夹杂物的情况下,奈耳推导出更加完善的趋近饱和技术磁化定律。他发展了各种类型铁磁单晶体的磁化理论,指出每种类型的晶体都有自己特有的相数(不同类型的具有平行自发磁化强度的磁畴个数),并和实验结果完全相符。

停战的 1940 年,奈耳来到法国东南部的格勒诺布尔大学任教授。在职业生涯开始时,奈耳担心人才会流失到首都,因此想法扭转这种趋势。从1940 年抵达格勒诺布尔,奈耳就开始与一些学生一起研究新的研究方向,例如薄膜的磁性和磁滞的随机方面。在格勒诺布尔,他的实验主要由合作者完成,特别是 Louis Weil 和 Felix Lewy-Bertaut,这两位犹太人在战争期间受到奈耳的工业界朋友的保护。

1942 年,他又提出了单畴理论,指出足够小的铁磁颗粒应该只含有一个单磁畴,其磁性依赖于颗粒尺寸的大小,或者显示出超顺磁性,或者像是微型永久磁体的组合,宏观上看,它们应具有高矫顽力的磁滞回线。因此发现了利用仅有形状各向异性的软铁颗粒制造永久磁铁的可能性,成为日后工业上广泛应用的基础。此外,他还研究了磁性的蠕变,提出了以他命名的奈耳畴壁的概念。他在古磁学和岩石的磁性方面的研究,曾有助于解释地磁场变化时岩石的磁记忆机制,首次对大陆漂移和板块地壳结构理论提供了关键性的证据。

1946 年,他获得了国家科学研究中心 (CNRS) 的资助,建立了 Laboratoire d'Electrostatique et de Physique du Métal,这是巴黎以外的第一个 CNRS 实验室,并任实验室主任。实验室迅速扩大,并于 1970 年被划分为独立的实验室,用于研究静电、极低温度、薄膜、晶体学和磁性。1976 年奈耳退休后,磁学实验室更名为“Laboratoire Louis Néel”。Nozières 博士从巴黎搬到大学接替他。

1947 年,他以斯特拉斯堡的早期工作为基础,推广了他的反铁磁性理论。他的亚铁磁性理论使铁氧体和石榴石的特性得以理解。这些系统的应用,例如激光器、滤波器和功率衰减器,仍然对我们的社会产生重大影响。1970 年,奈耳因这些发现而被授予诺贝尔物理学奖。直到现在,奈耳和他的合作者发起的研究方向仍然活跃。例如,薄膜和细粒子的磁性现在以纳米磁性的名义被深入研究,而磁滞的随机方面导致了无序系统的物理学。

1956 年,他倡议和负责筹建起格勒诺布尔原子能研究中心(CENG),并亲自任主任。

1967 年,他和穆斯堡尔联名发起建立国际合作的高通量中子反应堆——劳厄-朗之万研究所(ILL)。

奈耳于 1949 年至 1969 年担任 CNRS 董事会成员,自 1952 年起担任法国海军科学顾问,并于 1956 年至 1957 年和 1960 年至 1980 年担任北约科学委员会的法国代表。他获得了一系列令人印象深刻的法国和外国荣誉和荣誉。

1971 年,他又创建了法德合作的国家强磁场研究中心(SNCI)。经过他多年努力,终于使格勒诺布尔成为核物理和固体物理研究的重要中心。

奈耳2000 年 11 月 17 日在法国 Brive-la-Gaillarde 因中风去世。

奈耳外传及评价

奈耳是皮埃尔·居里 (Pierre Curie)、保罗·朗之万 (Paul Langevin) 和皮埃尔·魏斯 (Pierre Weiss) 开创的法国磁学研究传统的当之无愧的继承者。但他在法国更广为人知的是,他是在战后将格勒诺布尔发展成为主要的国际研究中心的人。奈耳拥有一个大型核能中心、一个半导体开发实验室、两台使用同步辐射和中子的国际仪器,以及他开发的许多大学和 CNRS(法国国家科学研究中心)实验室,在短短 20 年内,奈耳深刻地改变了二战前和二战期间工业活动良好但研究设施简陋的省城的氛围。

奈耳在研究和科学管理方面的成功得益于环境;这些想法主要来自对他的目标和可能的局限性的清晰认识,并受到强大意志力的刺激。他敏锐的头脑专注于自己的科学模型,这些模型简单到可以在信封背面开发,但强大是因为它们很好地适应了手头的问题和一般性的问题。他最大的成功来自与时尚潮流相抗衡。他用法语出版了最后一本书;他在战争期间的作品出版得很糟糕,因此鲜为人知。

奈耳风格的一个重要方面是他的宽广胸怀。除了物理学,奈耳还为应用数学和计算机科学等其他学科的发展做出了贡献。他还与行业建立了牢固的关系,这种关系一直延续到今天。凭借他对研究的交流热情,他以一种尚未准备好消退的热情激励着他以前的学生和他们的学生。

在他事业的巅峰时期,奈耳给年轻的研究人员留下了深刻的印象,他的威望是如此之高,他的举止是如此优雅。但除了严厉的外表和偶尔的评论之外,人们可以瞥见这个热情、不墨守成规、进步的人。在他在磁学实验室为年轻物理学家组织的一次每周研讨会上,他脱口而出:“如果我是你,我不能在设法解释这种现象之前睡着”。他对一个喧闹的同事说,“你让我想起了年轻时的自己”。但是,在工作条件方面,奈耳并不容易与他的研究人员同情。在“英勇的”1950 年代,尽管室温只有 14°C,他拒绝为其中一个实验室购买炉子,认为这对健康有益。当他意识到在这个温度下测量不准确时,他欣然同意购买炉子。

在他的回忆录中,奈耳说,研究与人或家庭关系不能放在同等的地位上,他对自己的生活会像乡村律师和妻子一样满意。尽管如此,物理学和磁学在他的生活中发挥了至关重要的作用,直到最后一刻。在他去世的前一天,内尔正在为科学院准备一个电视节目;95 岁高龄的他仍然对大多数重要问题有清晰的看法。

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