Человек, без которого не было бы смартфонов. 90 лет со дня рождения Жореса Алферова

Источник материала:

В прошлом году, поздно вечером 1 марта, умер уроженец Беларуси, лауреат Нобелевской премии по физике Жорес Алферов. Сегодня, 15 марта, ему бы исполнилось 90 лет. 42.TUT.BY вспоминает, благодаря чему его имя оказалось вписанным в науку.

Жорес, брат Маркса

Будущий нобелевский лауреат родился 15 марта 1930 года в Витебске. Его отец, Иван Алферов, был родом из Чашников. Он служил унтер-офицером 4-го гусарского лейб-гвардии Мариупольского полка, практически всю Первую мировую войну провел на Северо-Западном фронте и получил Георгиевский крест.

После февральской революции Иван Карпович стал активным борцом против продолжения войны, в июле 1917-го его арестовали за антивоенную агитацию и посадили в Двинскую крепость. Сразу после освобождения в сентябре Алферов стал членом РСДРП (б).

Отец ученого был председателем полкового комитета и членом дивизионного, являлся делегатом Второго съезда Советов и даже слушал в Смольном историческую речь Ленина. Возможно, поэтому его сын Жорес всю жизнь придерживался коммунистических взглядов и считал, что наука интернациональна: не может быть никакой национальной физики или химии.

Иван Алферов познакомился со своей женой, Анной Розенблюм, в 1920-е годы: он квартировался в доме родителей Анны, когда его назначили уполномоченным ВЧК на пограничную заставу в районе Крайска. Отсюда молодожены переехали в Витебск, где у них родилось двое сыновей — отец дал им «революционные имена»: старшего назвал Марксом в честь Карла Маркса (он погиб в 1944 году на фронте), а младшего — Жоресом в честь Жана Жореса, лидера французской социалистической партии.

По признанию самого Жореса, это была «типичная советская семья», где общественные интересы всегда ставились выше личных. Отец — директор завода, мать — библиотекарь. Перед войной семья переехала в Туринск, а после ее окончания вернулась в разрушенный войной Минск.

Именно здесь, в Минской мужской средней школе, у Жореса появилась любовь к физике: свой первый детекторный приемник мальчик смастерил уже в 10 лет. Но его путь во многом определил школьный учитель физики Яков Борисович Мельцерзон, который привил ему любовь к своему предмету.

В своей книге «Наука и общество» Жорес Алферов писал: «У нас были замечательные учителя. И то, что я пошел по этой стезе, поступил в Ленинградский вуз, стал ученым, — это, прежде всего заслуга учителя физики Якова Борисовича Мельцерзона. Он был потрясающим учителем. Первые послевоенные годы — трудное время. В школе было печное отопление, и мы, ученики, сами пилили и кололи дрова. И физкабинета тогда у нас не было. Яков Борисович проводил сдвоенные уроки, вернее, это даже трудно было назвать уроками: он читал настоящие лекции, обращался с нами не как со школярами, а как со взрослыми студентами. В десятом классе Яков Борисович, рассказывая о радиолокации, объяснил устройство катодного осциллографа, и я был просто поражен этим умным устройством. С тех пор электроника стала для меня самым интересным делом».

После школы Жорес поступил на первый курс энергетического факультета Белорусского политехнического института, но проучился там лишь год. Отца перевели на новую работу в Ленинград, так что в 1948 году семья переехала в Россию. Там Жорес поступил на второй курс факультета электронной техники Ленинградского электротехнического института. Через четыре года он с отличием окончил этот вуз по специальности «электровакуумная техника».

Еще на третьем курсе Жорес решил «научиться работать руками» и поступил в вакуумную лабораторию, где выполнял эксперименты и начал изучать фотоприемники, функционирующие в инфракрасной области спектра. После окончания института он смог попасть по распределению в Ленинградский физико-технический институт Академии наук СССР (ЛФТИ) — легендарный Физтех, где выросли «отец» советской атомной бомбы Игорь Курчатов, нобелевские лауреаты Николай Семенов, Лев Ландау и Петр Капица.

Алферов стал работать в лаборатории Владимира Тучкевича во время, когда та выполняла правительственное задание по созданию полупроводниковых приборов. Так что небольшой коллектив, куда входил и молодой ученый, разработал первый транзистор.

В 1954-м Тучкевич и Алферов создали первые советские силовые германиевые приборы, которые затем использовали не только в разных отраслях промышленности, железнодорожном и городском транспорте, но и в военной сфере. В частности, приборы, созданные на кристаллах германия, устанавливались на подводных лодках, поэтому Алферов не раз был в Северодвинске, где строили подводные лодки. Впоследствии он вспоминал, как однажды на производство приехал заместитель главкома ВМС СССР. Его привели на судно и сообщили, что теперь на подлодках стоят новые германиевые вентили, на что адмирал ответил: «А что, отечественных не нашлось?».

В то время ученый находился на работе круглые сутки в прямом смысле этого слова. Дело в том, что дорога до лаборатории занимала у него по три часа, так что Алферов получил разрешение от Тучкевича спать прямо в его кабинете. «Наступили самые замечательные годы моей жизни: круглые сутки в Физтехе! В гастрономе напротив института купишь кефира, колбаски, поужинаешь и до двух-трех часов ночи работаешь в свое удовольствие», — вспоминал он впоследствии.

За работы по германиевым вентилям молодой ученый получил правительственную награду. И в 1961-м Алферов защитил диссертацию на соискание ученой степени кандидата технических наук, посвященную исследованиям и созданию мощных германиевых и кремниевых выпрямителей.

Нобелевская премия за открытие, которое есть в каждом смартфоне

В 1987-м Алферова избрали директором физико-технического института им. А. Ф. Иоффе АН СССР, где он расширил объемы научных исследований в области физики твердого тела, полупроводниковых гетероструктур, микроэлектроники и разработки уникальных электронных приборов.

Тогда же ученый предложил приступить к новым направлениям по высокотемпературной сверхпроводимости и «инженерии волновых функций, способных научить создавать потенциальные ямы», так как считал, что это позволит сделать новые открытия в квантовой электронике и технической физике.

«В начале наших исследований гетероструктур мне не раз приходилось убеждать моих молодых коллег, теперь уже сотрудников моей лаборатории, что мы далеко не единственные в мире, кто занялся очевидным и естественным для природы делом: полупроводниковая физика и электроника будут развиваться на основе гетеро, а не гомоструктур. Но уже начиная с 1968 года реально началось очень жесткое соревнование, прежде всего с тремя лабораториями крупнейших американских фирм — Веll Telephone, IBM и RCA, — вспоминал Алферов.

Гетеропереход — это контакт двух или нескольких различных по химическому составу полупроводников. В 1960-х ученые бились над задачей, как реализовать идею полупроводниковых устройств на основе гетероструктур, что позволило бы создавать чрезвычайно мощные и при этом очень компактные конструкции. И именно Алферову первому удалось подобрать идеально подходящие по размерам кристаллической решетки различные полупроводники.

Алферов рассказывал, что идеи использования гетероструктур возникли в начале 60‑х годов именно в его группе в Физико-техническом институте. «Мы показали, что для большинства полупроводниковых приборов необходимо строить полупроводниковые кристаллы из сложных химических композиций, когда он остается единым монокристаллом, но основные его свойства меняются внутри кристалла на расстояниях, исчисляемых долями микрона, а часто и на нескольких постоянных кристаллической решетки. Подобные идеи поначалу казались некоторым ученым противоречащими физическим принципам или, во всяком случае, совершенно нереальными практически. Когда я об этом впервые рассказал в 1964 году на конференции в Париже, то один из крупнейших американских специалистов, мой хороший знакомый, выходец из России Яков Панков сказал: «Это все бумажные патенты, Жорес, они никогда не будут реализованы». Однако в 1967 году мы все это реализовали, а в 1970 году был создан первый в мировой практике полупроводниковый лазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре. Именно такой сложный «сэндвич» из самых различных материалов, представляющий собой единый кристалл, стал сердцем волоконно-оптической связи, он передает световыми сигналами десятки миллионов телефонных разговоров», — говорил он.

В 1967-м, когда, казалось, работы по гетеропереходам были признаны бесперспективными, Алферов вместе с коллегами создал в системе AlAs-GaAs гетероструктуры, близкие по своим свойствам к идеальной модели, а затем — первый полупроводниковый гетеролазер, работающий в непрерывном режиме при комнатной температуре.

В 1970 году в СССР на основе гетероструктур были созданы уже солнечные батареи — такие впоследствии были установлены на станции «Мир».

Зимой 1971 года Франклиновский институт присудил Алферову медаль Стюарта Баллантайна за разработку гетеролазера. А в 1972 году за фундаментальные исследования полупроводниковых гетероструктур и создание новых устройств на их основе Алферов с коллегами был удостоен самой высокой награды СССР в области науки — Ленинской премии.

Но самая важная награда ждала его впереди. За его пионерские работы по гетероструктурам, благодаря которым удалось не только улучшить параметры известных полупроводниковых приборов, но и создать принципиально новые приборы, перспективные для применения в оптической и квантовой электронике, в 2000 году Жорес Алферов совместно с американскими учеными Гербертом Кремером и Джеком Килби получил Нобелевскую премию по физике «за исследование полупроводниковых гетероструктур, лазерные диоды и сверхбыстрые транзисторы».

Благодаря открытию Алферова, Кремера и Килби были созданы быстрые транзисторы, которые используются в радиоспутниковой связи и мобильных телефонах. Как вспоминает кандидат технических наук, доцент МГИМО Дмитрий Зыков, «однажды на лекции в Минске, говоря об изучении полупроводников, Алферов неожиданно вынул из кармана телефон и, показывая залу, сказал: «Вот прикладной результат исследований, которые еще 25−30 лет тому назад были чистой наукой».

Открытиями, сделанными Алферовым и другими учеными, каждый день пользуется весь мир. Быстрые транзисторы, использующие полупроводниковые гетероструктуры, и лазерные диоды, построенные на тех же принципах в оптоволоконных линиях связи, применяются едва ли не везде — от лазерных указок и дисководов компьютеров до телефонов и автомобильных фар. Но несмотря на это, у самого ученого долгое время не было мобильного телефона, пока его не подарили коллеги из физико-технического университета.

Кроме того, в начале 1990-х годов одним из основных направлений работ, проводимых под руководством Алферова, стало получение и исследование свойств наноструктур пониженной размерности: квантовых проволок и квантовых точек. Его исследования заложили основы принципиально новой электроники с очень широким диапазоном применения, известной сегодня как «зонная инженерия».

Алферов был автором более 500 научных работ, трех монографий и 50 изобретений. В честь ученого назван астероид 3884 в главном астероидном поясе, который был открыт в 1977 году.

Про Жореса Алферова можно говорить долго. Пускай не всем нравились его политические взгляды (он был депутатом Госдумы РФ от КПРФ, хотя и критиковал власть) или поступки (например, его осуждали за то, что он входил в комитет по получению премии «Глобальная энергия» и сам получил в 2005 году эту высокую награду), однако Алферов внес достоцный вклад в мировую науку. Благодаря ему мир получил смартфоны в привычном нам виде, и благодаря гетероструктурам все начали пользоваться CD-дисками.

Теги: Витебск, Минск