«Всё, что было создано людьми, было создано благодаря науке»: как Жорес Алфёров помог совершить полупроводниковую революцию

Ежегодно 10 декабря, в день смерти Альфреда Нобеля, проходит церемония вручения Нобелевских премий. В 2000 году среди награжденных был российский физик. Незадолго до этого он написал в своей автобиографии: «Жизнь удивительно быстротечна. Кажется, совсем недавно я присутствовал на юбилейных торжествах в честь известных физиков, моих учителей, которые, на мой взгляд, выглядели довольно старыми. Но в настоящее время я сам недавно отметил 70-летие».

Это был Жорес Алфёров, удостоенный Нобелевской премии по физике за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной электроники.

Научные термины звучат сложно, но без этих изобретений многие повседневные устройства и технологии, включая оптоволоконные линии связи, солнечные батареи, смартфоны и лазерные указки, просто не появились бы на свет. Почетную награду ученый, стоявший у истоков полупроводниковой революции, получил после почти полувека работы.

Бороться

Жорес Алфёров родился в 1930 году в Витебске. Свое необычное имя он получил в честь лидера французских социалистов Жана Жореса. Старшего брата будущего учёного родители назвали Марксом.

После войны и Жорес  Алферов пошел в единственную не разрушенную в Минске школу для мальчиков.

Жорес Алфёров

«Мне повезло: там был отличный учитель физики Яков Борисович Мельцерзон. Он заставлял работать наше воображение. Его объяснение работы катодного осциллографа и разговор о радиолокационных системах произвели на меня большое впечатление»

Когда ученого спустя много лет спрашивали, что еще вдохновило его на такую плодотворную работу, он рассказывал, что образцами для него стали герои книги «Два капитана», которую он впервые прочел в 10-летнем возрасте. Жорес Иванович следовал прославленному в романе девизу «Бороться и искать, найти и не сдаваться». 

Искать

По совету учителя Жорес Алфёров после школы поступил в Ленинградский электротехнический институт (ЛЭТИ). На третьем курсе он начал работать в лаборатории вакуумных процессов. С той поры полупроводники стали основных объектом научного интереса Алфёрова. За доклад, сделанный на студенческой конференции он получил первую в жизни научную премию: путевку на великие стройки коммунизма.

«Всё, что было создано людьми, было создано благодаря науке»: как Жорес Алфёров помог совершить полупроводниковую революцию


В 1952 году будущий нобелевский лауреат закончил институт и устроился на работу в Ленинградский физтех (ныне — Физико-технический институт имени А.Ф. Иоффе РАН).

«Я вспоминаю свое первое посещение семинара по полупроводникам в феврале 1953 года как одно из самых впечатляющих событий в жизни, — рассказывал Жорес Алфёров. — Это был блестящий доклад Е.Ф. Гросса об открытии экситона (квазичастица, определяемая как электронное возбуждение в полупроводнике и не только. . Я был ошеломлен обсуждением совершенно новой области науки, к которой получил доступ и я сам».

В Ленинградском физтехе молодой ученый вместе с коллегами создал первый советский транзистор с электронно-дырочным переходом (его также называют p — n транзистором). Это был важный рывок для прикладной и фундаментальной науки. В следующие несколько лет Алфёров с коллегами создали первые советские германиевые выпрямители и фотодиоды.

В 1958 году сотрудникам физтеха поступило задание разработать специальное полупроводниковое устройство для первой советской атомной подводной лодки. Это потребовало совершенно новой технологии и в дополнение к ней — другой конструкции германиевых выпрямителей, которая была разработана в рекордно короткий срок.

Жорес Алфёров работал тогда младшим научным сотрудником. «Я был несколько удивлен телефонным звонком первого заместителя председателя Правительства СССР Дмитрия Устинова, который попросил меня сократить срок на две недели. Это пожелание нельзя было не выполнить: я сразу переехал в помещение лаборатории и поселился там, и, конечно, задание было выполнено»,  — рассказывал физик.

Найти

Работа Алфёрова и его коллег заложила основу для советской полупроводниковой электроники, а сам учёный защитил на этом кандидатскую диссертацию. В 1960-х советские физики перешли к перспективным исследованиям в области полупроводниковых гетероструктур — структур, в которых использование разных материалов позволяет управлять их свойствами.

Сам Алфёров в те годы начал ездить за границу и общаться с иностранными исследователями. В 1969 году он впервые посетил США: на международной конференции в Ньюарке (штат Делавэр) доклад Алфёрова о созданных в СССР в 1968 году комнатных лазерах с двойной гетероструктурой, по словам самого ученого, произвел эффект разорвавшейся бомбы. Советского физика пригласили посетить лаборатории компаний IBM, Bell и RCA, основанной уроженцем Российской империи Давидом Сарновым. Алфёров смог познакомиться с работой этих лабораторий и оценить достоинства и недостатки собственной лаборатории в СССР на их фоне.

Жорес Алфёров

«Я полагаю, что развернувшееся следом соревнование за первенство в создании полупроводниковых лазеров, работающих при комнатной температуре постоянно, было редким в то время примером открытой и дружественной конкуренции между лабораториями двух противоборствующих сверхдержав»

Жорес Алфёров

Советские физики и здесь немного опередили группу ученых из Bell Telephone, а затем в мире массово появились долговечные полупроводниковые лазеры. В целом же эта работа существенно ускорила развитие оптоволоконной связи. В начале 1970-х международное сотрудничество продолжилось — тогда Алфёров полгода проработал в Университете Иллинойса.

Одним из главных достижений своей научной карьеры ученый считал разработку новых солнечных элементов на основе гетероструктур. Эта технология, быстро нашла применение в космической отрасли — солнечные батареи нового типа служили основным источником энергии для советских спутников и орбитальной станции «Мир». Сейчас преобразование энергии солнца является одним из основных направлений «зеленой» энергетики.

Заслуженные награды

В 1972 году Жорес Алфёров и его коллеги получили Ленинскую премию. Правда, в тот день близкие Жореса Ивановича радовались другим новостям.

Ученый рассказывал: «Я был в Москве и позвонил домой, в Ленинград. Но телефон не отвечал. Затем я позвонил своим родителям, которые тоже жили в Ленинграде, и с радостью сообщил отцу, что мне присудили Ленинскую премию. Но мой отец ответил: „И что с того — сегодня родился наш внук!“».

Так, в самый счастливый год своей жизни Жорес Иванович стал отцом и лауреатом престижной премии. В том же году он был избран в члены-корреспонденты Академии наук СССР. Примечательно, что первую международную награду — золотую медаль Стюарта Баллантайна от американского Института Франклина — Алфёров получил годом ранее.

Нобелевская премия была присуждена Алфёрову много позже. Когда он начинал трудиться, то имел степень младшего сотрудника, а к моменту вручения награды в 2000 году был академиком и вице-президентом уже Российской академии наук. За эти 50 лет мир изменился до неузнаваемости в том числе благодаря Алфёрову.

«Всё, что было создано людьми, было создано благодаря науке»: как Жорес Алфёров помог совершить полупроводниковую революцию
Премию Жорес Алфёров (слева) разделил с учеными Гербертом Кремером (в центре) и Джеком Килби (слева). Кремер и Алфёров получили половину премии, а вторая досталась Килби за создание интегральной микросхемы

Не сдаваться

«Всё, что было создано людьми, в принципе, было создано благодаря науке, — писал Жорес Алфёров. — И если выбор нашей страны состоит в том, чтобы быть великой державой, она станет ей не из-за ядерного потенциала, веры в бога или президента и не за счет западных инвестиций, а благодаря труду, развитию знания, научного потенциала и образования».

«Всё, что было создано людьми, было создано благодаря науке»: как Жорес Алфёров помог совершить полупроводниковую революцию

Российская почтовая марка с портретом Жореса Алфёрова и изображенным на заднем плане полупроводниковым гетеролазером


Отечественные диоды Алфёров невольно превращал в бренд. Как-то раз на конференции по физике полупроводников в Париже в 1960-х организаторы мероприятия неправильно расслышали имя и фамилию ученого, посчитав, что «Жорес» — это фамилия. Они выдали физику бейдж с надписью «А. Jaures».

Находчивый ученый переделал букву «А» в похожую на нее эмблему диода, а свою фамилию просто дописал внизу. Его американский коллега Маршал Нельсон, увидев необычный рисунок, долго удивлялся, почему на его собственном бейдже нет такого же. Так два физика стали друзьями.

Жорес Алфёров скончался 1 марта 2019 года. В 2021 году его именем назвали улицу в новом микрорайоне Витебска.

В наши дни изобретения Жореса Алфёрова используются в подавляющем большинстве электронных устройств, отсутствие которых в нашей жизни сложно представить. Кстати, маркировка российских светодиодов содержит буквы «АЛ» — это дань памяти ученому, без которого их появление было бы невозможным.

Оксана Баринова