约翰·哈斯布鲁克·范弗莱克是一位著名理论物理学家,现代磁学的开拓者,有“现代磁学之父”之称。由于他对磁学有重大贡
献,与另外两位固体物理学家安德森和莫特共同荣获1977年诺贝尔物理奖。
1899年3月13日,范弗莱克出生于美国康涅狄格州米德尔城。他在家乡读完了小学和中学,后入威斯康星大学学习,于1920年毕业,同年考入哈佛大学,攻读博士学位。1922年,获得哲学博士学位。毕业后留校任物理学讲师,从此步入科研和教学行列。1923年,他又转入明尼苏达大学,在他28岁时升任教授。这时,他的聪明才智已引起一些学者的注意。1928年,他回到母校威斯康星大学,任理论物理学教授,一直工作到1934年。这时的范弗莱克已在科学研究中取得了一些初步成果,并写出了一些有重要学术价值的论著。其中他用了两年时间,撰写了《电极化率和磁化率的理论》一书。此书于1932年出版。这是固体物理学早期的一部重要著作。他在书中简明透彻地揭示了物质磁性本源之谜,从而打开了通往现代磁学的大门。书中首先对先后问世的一些理论进行了详尽的论述,接着讨论了分子结构,阐明了化学键的概念。他指出,顺磁离子的自旋晶格弛豫,是通过晶格振动使局部晶体受到调制引起的;人们在实验中测得的自旋弛豫时间所以跟计算值不相符合,是由于与离子相互作用的声子数目增加而造成的。外加磁场可以改变物质中原子的电子状态,把激发的顺磁性掺进另外的非磁性基态中,结果产生一个跟温度无关的磁化率,即范弗莱克顺磁性,这是他在磁学中的一个重大发现。他完善了尼尔和朗道的反铁磁性理论,给反铁磁性理论冠以明确的概念,建立了具有普遍意义的公式,这便是科学界普遍公认的反铁磁性的基本理论。根据这个理论,在铁磁体相对应的反磁体中,相邻离子的自旋,具有趋于反平行的倾向,在各种自旋排列中,这是更为复杂的形式。由于原子磁体自旋交互反向排列,因此外观上不表现为磁体。这在今天看来,已属常识,然而在当时是磁学发展史上意义空前的发现。
在范弗莱克撰写此书的过程中,他没有更多的时间和精力对晶体场进行定量的数值计算。恰好这时,他接受了两个英国博士研究生彭内和斯奇拉普。他们在他的指导下分别对稀土族盐类和铁族盐类进行了计算,所得的结果惊人的成功。将晶体场理论用来研究铁族化合物,则更引人注目,这奠定了现代磁化学的基础,使得晶体场理论向前迈进了一大步。
1935年,范弗莱克又到哈佛大学任教。从此,他一直在这里工作。在哈佛大学期间,他曾任无线电实验室理论组组长、物理系主任、工程与应用物理系主任。从1935年开始,他一直是美国国家科学院院士。他担任过美国物理学会主席及科学促进学会副主席,曾获得过巴黎大学、牛津大学的荣誉学位。他还是美国数学学会、哲学学会以及许多外国科学院及学术团体的成员。他还编辑过《物理详记》、《化学物理杂志》等刊物。
第二次世界大战后不久,磁学研究的面貌大为改观。雷达技术的发展促进了微波波谱学各种设备、仪器的研制。随着电子自旋共振、核磁共振及中子衍射等新技术的出现,磁学的研究也欣欣向荣,完全不同于第二次世界大战前,研究人员缺乏、实验手段落后的情况。在新形势下,范弗莱克依然披荆斩棘,在许多研究领域中都留下了足迹。
范弗莱克后期的许多工作,是研究晶体中稀土元素的电子组态,他在这方面的成就有力地推动了量子化学的发展。此外,他还在卫星通讯方面作出了重大贡献。他一生发表了许多高水平的论文,还著有《量子原理和线谱》一书。他自己曾说:“除了转动偶极子的计算和顺磁弛豫方面的研究与别人有些重复外,我所解决的问题很少与别的物理学家重复。”
范弗莱克治学作风严谨,文章朴实,概念清晰,叙述简捷。他善于学习他人之长,常利用学术会议、学术讨论、学术访问及平时与同行接触的机会学习。范弗莱克极端重视培养和造就人才,“他一生中真可谓桃李满天下”,其中安德森、珀塞尔、海布、彭内和斯奇拉普等,已成为蜚声世界的科学家。他这种诲人不倦的品德,给后世树立了楷模。
1980年10月27日,范弗莱克与世长辞,终年81岁。