http://93.174.130.82/digest/showdnews.aspx?id=7e9f965a-0b80-4222-a36f-e703b2168483&print=1© 2024 Российская академия наук
Высокие технологии! Для большинства из нас малопонятно, что это такое, однако без них сегодня никак не обойтись. Нажал кнопку лазерного проигрывателя, и заиграла музыка, включил компьютер, чтобы проверить почту, сфотографировался на память в «цифре» – все это перечень приборов и устройств, действующих на основе высоких технологий. И он практически бесконечен. Но было и начало. В нынешнем году исполняется полвека с момента открытия лазера.
Вот что рассказал корреспонденту «ВМ» нобелевский лауреат академик РАН Жорес АЛФЕРОВ.
– Это сразу же стало огромным и крайне важным событием, – подчеркнул академик. – Использование света как основы информационных технологий – гениальная идея американца Чарльза Таунса и советских физиков Николая Басова и Александра Прохорова. Ее удалось воплотить в жизнь в 1960 году. Ученые получили Нобелевскую премию за фундаментальную работу в области квантовой электроники.
А научная основа была заложена Альбертом Эйнштейном. В 1916 году в одной из своих работ он рассматривал спектральную плотность излучения нагретых тел и сделал термодинамический вывод распределения ее плотности.
Теоретическая работа Эйнштейна стала фундаментом для появления лазеров, без которых развитие современных технологий невозможно.
– Жорес Иванович, в науке, как известно, любое прорывное открытие зреет десятилетия, а то и столетия. Можно ли назвать центральные фигуры, без которых «революции» бы не произошло?
– Таких фигур много, и каждая по-своему важна. Но пожалуй, в первую очередь, назову Абрама Федоровича Иоффе, основателя советской физической школы, создателя первого Физико-технического института, возникшего на базе семинара по новой физике. Именно Иоффе начал систематические исследования полупроводников.
Он был учеником Рентгена, который запрещал употреблять слово «электрон», считал, что это ошибка. Ведь никто тогда еще не доказал, что такая частица существует. В этом смысле Иоффе пошел поперек учителя.
В 1931 году Абрам Федорович инициировал бригаду ядерной физики в физтехе, которую возглавил сам, а его замом стал И. В. Курчатов. В 1936 году на специальной сессии Академии наук из Иоффе делали «отбивную котлету» за то, что он большую часть института сориентировал на якобы не имеющие никакого научного применения направления исследования. Но школа Курчатова, возникшая в физтехе, спасла страну после войны. Именно благодаря этим исследованиям удалось за очень короткий срок создать ядерное оружие.
Так вот, Абрам Федорович начал систематические исследования полупроводников в конце 20-х годов. Уже тогда думали о том, как бы создать портативный усилитель. Это первым в мире сделал Олег Владимирович Лосев, совершенно уникальный, гениальный инженер-изобретатель. В те же годы он создал первый светодиод – кристаллический усилитель «Кристаллин» – на основе карбида кремния. Но Лосев шел далеко впереди технологической базы. Поэтому его достижения остались в истории науки и технологии. А настоящая революция произошла позже.
– Что здесь стало главным событием?
– Открытие транзистора. Первый биполярный точечный транзистор появился в Германии, в телефонной компании «Белл». Нужны были новые полупроводниковые приборы, которые могли как выпрямлять, так и усиливать электрические сигналы. Автором открытия стал Джон Бардин. Это единственный физик, который был дважды лауреатом Нобелевской премии. В 1956 году – за открытие транзистора, а в 1972-м – за теорию сверхпроводимости.
Сейчас нередко можно услышать, притом на самом высоком уровне: давайте результат, тогда и будем говорить о деньгах на науку. Это в корне неверное суждение.
История создания транзисторов в этом смысле поучительна. Не появилось бы никаких транзисторов, если бы не было создано квантовой теории, теории фотоэлектрических явлений. И сегодня мы жили бы без компьютеров, лазерных дисков, мобильных телефонов. Теории рождаются в результате фундаментальных исследований, а вовсе не для того, чтобы принести быстрый конечный результат. Его предсказать очень трудно, даже невозможно…
Другой выдающийся физик – Уильям Шокли, который занимался исследованиями полупроводников совместно с Бардиным и вместе с ним получил за это Нобелевскую премию, сконцентрировал внимание на очень сложном явлении лавинного пробоя в ПМ-структурах. Помню, еще молодым специалистом присутствовал я на его лекции в Праге и обратил внимание на привязанную сзади к пиджаку ленту, на которой что-то болталось. Мы думали, что это нобелевская медаль (тогда я еще не знал, что она настольная).
Все это сильно отвлекало от лекции, суть которой состояла в том, что ПМ-структура сложна и неоднородна. Но вот нобелевский лауреат задрал пиджак, и я увидел тряпочку из кусочков разноцветной материи. Так живой классик наглядно проиллюстрировал неоднородность полупроводника. И заодно всех насмешил…
– Жорес Иванович, расскажите о так называемых гетероструктурах, за открытие которых вы были удостоены Нобелевской премии.
– Гетероструктуры – вторая после транзисторов составляющая полупроводниковой революции. Это открытие крайне интересно для лабораторных исследований и имеет огромное прикладное значение. Гетероструктуры дают возможность создавать условия для получения кристаллов, каких в принципе не может быть в природе. Таким образом мы получаем возможность управлять носителями зарядов – электронами и протонами – на совершенно иных принципах, нереализуемых на обычных материалах.
Замечу, суммарный мировой бизнес, основанный на использовании полупроводниковых гетероструктур, ныне превышает сотни миллиардов долларов. Но никогда мне даже в голову не приходило, что я могу заниматься зарабатыванием денег таким путем. Наука – это наука. А бизнес – это бизнес. Обычно, когда ученые начинают «делать деньги», они перестают быть учеными. К тому же, не достигнув успеха в бизнесе – тут нужен особый талант, они теряют свою научную квалификацию.
Кстати, это едва не произошло с уже упомянутым Уильямом Шокли. Когда его транзисторы пошли на ура, он создал свою компанию «Шокли транзистор корпорайшн» в Калифорнии. Но оказался плохим бизнесменом потому, что голова была занята совсем другим. Корпорация лопнула. Однако нет худа без добра: Шокли привел в Калифорнию большую группу молодых талантливых ученых, которые прежде базировались в Стэндфордском университете. Так появился мощный исследовательский и образовательный центр, ставший началом будущей Кремниевой долины.
– Жорес Иванович, для вас этот год тоже юбилейный – 60 лет работы в области полупроводников!
– Да, в этом котле я варюсь с 1950 года. А полупроводниковой электроникой занимаюсь с 1953 года. Тогда мы поставили перед собой задачу сделать двойные гетероструктуры. На их основе можно создать, например, новый тип лазера, в котором КПД намного выше, чем в обычном, работающем лишь при сверхнизких температурах. Этот лазер может генерировать излучение при комнатной температуре! Да что говорить. Для меня с самого начала было ясно, что на основе таких гетероструктур можно сделать массу новых приборов: солнечные батареи, светодиоды, лазеры – все то, что сегодня так широко развивается. Мне, правда, многие говорили, дескать, ерунда, ничего не получится.
Однако получилось… А дело было так. Известно, что различные полупроводники имеют разные параметры решетки. Стали пробовать сочетания элементов. Скажем, галлий – фосфор. Разработали технологию (на это ушло два года!), но лазер заработал только при температуре жидкого азота, не дав существенных преимуществ. Проблема была еще в том, что многие твердые растворы при комнатной температуре испарялись, превращались в щелочь. И вот один из сотрудников вспомнил, что у него в столе два года валяются кристаллики галлий – алюминий – мышьяк, и ничего им не делается. Создали двойные гетероструктуры на основе этих кристаллов. Так появились идеальные гетероструктуры.
Дальше началось соревнование, кто же первым создаст лазер, работающий при комнатной температуре. Участвовали мы, компания «Белл», Принстонский университет и компания «Эй-Би-Эм». В 1968 году нам удалось стать первыми. Наш «комнатный» лазер заработал. Когда я доложил итоги работы на международной конференции в США, это был шок, бомба! Другое крупное завоевание – долговечный лазер.
Первые непрерывные лазеры работали всего лишь 10–15 минут, после чего выходили из строя. Как сделать их долговечными? Наиболее действенными оказались наш и японский методы. Такой лазер мы тоже создали первыми. В результате появились сложные многокомпонентные твердые растворы, а затем солнечные батареи, которые уже в начале 1970-х начали летать на наших военных спутниках… Мы тогда не употребляли слова «нано», но с самого начала это была нанотехнология.
Ведь приходилось управлять составом растущего кристалла на атомном уровне, «сажая» атом туда, куда нам нужно, при этом меняя его состав.
Реальностью стали и так называемые искусственные атомы, спектральными характеристиками которых управляют в процессе получения. Будущее, безусловно, за полупроводниками!
– И каким станет это будущее?
– К концу ХХI века основная часть электроэнергии будет вырабатываться за счет фотоэлектрического преобразования солнечной энергии.
Ведь наше Солнце – это термоядерный реактор, который работает много миллиардов лет. Освещение перейдет на светодиоды. Сейчас в качестве источника света в автомобилях, на семафорах железных дорог применяются наши гетероструктуры галлий – алюминий – мышьяк. Срок жизни светодиода составляет десятки лет. Эффективность их намного выше, чем у обычных ламп накаливания. Они незаменимы при решении многих технологических задач.
Не за горами время, когда на компьютере вы сможете задавать освещение в квартире, выбирая ту или иную яркость, приятные и полезные для глаз цвета. Где-то в 2020-е годы лампы накаливания и люминесцентные ртутные лампы уйдут в прошлое.
– Говорят, мы сильно отстали в исследованиях и производстве полупроводников.
– Это не так! Сегодня нашей науке непросто, но развитие полупроводников продолжается. И нет более важных задач, чем продвижение этого направления.
– И в заключение позвольте вопрос о «Сколкове».
– Этот проект может быть эффективен в случае, если в стране возродится неподдельный интерес к науке. Вот пример. В свое время у нас реализовывался атомный проект. Тогда параллельно с идеей развития атомной физики вышло постановление правительства, в котором было прописано развитие науки и образования по всей стране. Причем документ гарантировал солидные материальные бонусы не только ученым, занятым прикладными работами по созданию атомной отрасли, но и тем, кто занимался фундаментальными исследованиями. Поэтому все получилось.
И еще. «Сколково» не должен быть оазисом, куда никого не пускают. А для системного развития научно-технического потенциала важны также налоговые льготы, система поощрений. Впоследствии надо тиражировать такие центры по всей стране, не ограничиваясь созданием одного под Москвой.