15 марта – День Рождения «локомотива» отечественной полупроводниковой промышленности – талантливого физика Ж.И.Алферова.
Роль работ Алферова в физике полупроводников и квантовой электронике
Жорес Иванович Алферов (15.03.1930-02.03.2019) – академик РАН, крупнейший российский ученый –физик и изобретатель. За свой значимый вклад в данных областях был удостоен Нобелевской премии по физике в 2000 году. Так же является лауреатом Ленинской премии, Государственной премии СССР, Государственной премии Российской Федерации. Известность ученому-физику Ж.И.Алферову принесли его фундаментальные работы в области многослойных гетероструктур, физики полупроводников и квантовой электроники.
Благодаря исследованиям академика Алферова, все люди в мире получили возможность пользоваться такими удобными и (казалось бы) простыми и обыденными (для современного человека) вещами. Но стоит помнить, что создание этих устройств в свое время стало своего рода революцией и качественным рывком в полупроводниковой промышленности! Что же подарили нам исследования Алферова? – Вот только некоторые из них: мобильные телефоны, проигрыватели компакт-дисков, светодиоды, солнечные батареи, лазеры на квантовых точках, волоконно-оптические линии связи и др.
Результаты научно-исследовательских работ и открытия Алферова позволили вывести параметры большинства известных полупроводниковых приборов на совершенно иной уровень, а также создавать инновационные решения для оптической и квантовой электроники.
Президент АН СССР М. В. Келдыш вручает Ленинскую премию Жоресу Алфёрову. Кремль. 1972
5 значимых открытий в физике и электронике Алферова
Первые транзисторы
В 1940-е, еще будучи студентом Ленинградский электротехнический институт (ЛЭТИ) им. В.И.Ульянова, Жорес Алферов выбрал специализацию «электровакуумная техника» и на последних курсах института стал работать под руководством проф. Б.Козырева в лаборатории по исследованию свойств полупроводников. Так полупроводники стали главным делом его жизни.
В 1953 году, выпустившись из ЛЭТИ, Алферов продолжает свои исследования в этой области, став младшим научным сотрудником Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе. Перед молодым физиком была поставлена задача: разработать полупроводниковые приборы, подходящие для внедрения в массовое производство страны.
Так в нашей страны были созданы первые советские плоскостные транзисторы при непосредственном участии Ж.И.Алферова (раб.группа под руководством В. М. Тучкевича). Благодаря этому электронная промышленность перешла на качественно иной уровень – стало возможным производство электронных средств связи нового формата – например, быстродействующих электронно-вычислительных машин с большим объемом памяти.
Полупроводниковые выпрямители
Вместе с транзисторами были разработаны германиевые и кремниевые полупроводниковые выпрямители. Новинку отличала мощность. На основе этой разработки базировалась отечественная силовая полупроводниковая электроника Такой успех в физических исследованиях сразу нашел применение в новых моделях отечественных атомных подводных лодок в части силовых электроустановок.
Полупроводниковые лазеры
Исследования свойств и возможностей полупроводников, которые Алферов начал, еще будучи студентом, к 1960-м годам подвели ученого к разработке инновационных полупроводниковых лазеров. Гениальный физик-испытатель открыл явление сверхинжекции в гетероструктурах и предложил принцип использования гетероструктур в полупроводниковой электронике.
Первый патент в области гетеропереходов Алфёров получил в 1963 году. По данной теме ученый работал совместно с коллегой, Рудольфом Казариновым. Итогом такой совместной работы и стал полноценно работающий полупроводниковый лазер (твердотельный лазер, в котором в качестве рабочего вещества используется полупроводник).
Данное изобретение Жореса Алферова теперь повсеместно используется в оптико-волоконной связи, проигрывателях компакт-дисков различного формата, лазерных указках и беспроводных компьютерных мышах. а также в лазерной микрохирургии глаза, что значительно расширило спектр и качество производимого лечения.
Солнечные батареи
На протяжении многих лет Жорес Алферов исследовал полупроводниковые гетеропереходы, что позволило в итоге сформулировать новые общие принципы управления электронными и световыми потоками в гетероструктураx.
Благодаря результатам этих исследований, Алферов разработал эффективные солнечные батареи, производительная работа и износостойкость которых была основана на результатах исследований свойств гетероструктур полупроводников.
Новые батареи имели улучшенную стойкость к радиоактивному излучению, поэтому могли полноценно использоваться при освоении космоса. Так, инновационные на тот момент идеи гетеропереходов были впервые применены в солнечных космических батареях на МКС (международной космической станции «Мир») и снабжали энергией станции без потери производительности в течение всего заявленного срока их работы – в течение 15 лет!
Лазер на квантовых точках (ЛКТ) и «зонная инженерия»
Многолетняя работа Алферова с гетероструктурами дала еще одну интереснейшую разработку квантовой электроники – лазер на квантовых точках (полупроводниковый лазер, который использует в качестве активной лазерной среды квантовые точки в их излучающей области). Это был новый тип гетероструктур с квантовыми точками, которые легли с основу создания первого в мире лазера на квантовых точках с высокой температурной стабильностью (ЛКТ).
Данное изобретение увидело свет благодаря тому, что с 1990-хх Алферов сосредотачивается на исследованиях свойств наноструктур пониженной размерности: квантовых проволок и квантовых точек. Так были заложены основы принципиально новой электроники с очень широким диапазоном применения, известной сегодня как «зонная инженерия».
Лазер на квантовых точках был изобретен Алферовым в 1990-е, а сейчас, спустя 30 лет, такие устройства широко применяются в медицине — лазерные скальпели, оптическая когерентная томография (исследование глазных и зубных тканей, тонких слоев кожи и слизистых оболочек). А в сфере техники — это, к примеру, проекционные устройства, лазерные телевизоры и телекоммуникации.
Изобретения физика Алферова – вокруг нас
Благодаря исследованиям и открытиям гениального физика Жореса Алферова, мы пользуемся огромным количеством гаджетов и девайсов современной цивилизации, которые стали нам привычны. А ведь в 1950-е тема полупроводниковых гетероструктур считалась неперспективной! Удивительно, но факт.
Гетероструктурные полупроводники, созданные Алферовым, окружают нас на каждом шагу, от мала до велика. Беря в руки мобильный телефон, подключаясь к сети интернет (оптоволоконные сети), прослушивая музыку на CD или вставляя диск в дисковод компьютера – это не стало бы возможным для нас без исследований академика Жореса Алферова.
Включаете фары вашего авто? Следите за сигналом светофора на светодиодах? Стоите на кассе магазина и слышите привычное «пикание» по штрих-коду упаковки ваших покупок – это все результаты открытий академика Жореса Алферова, реализованные на практике!
Думаете о крупномасштабных вещах – о космосе, об освоение океанских глубин планеты? – Вспоминайте Алферова. Здесь тоже не обошлось без научных достижений талантливейшего физика. Солнечные батареи орбитальных станций, силовое оборудование атомных подлодок…
Кстати, в российской маркировке светодиодов первые буквы (АЛ)— прямая производная от фамилии ученого, открывшего эффект, на котором они, собственно, и работают – Жореса Ивановича Алферова.
Прошлое и будущее науки глазами флагмана российской электроники
«Будущее России — наука и технологии, а не распродажа сырья. И будущее страны не за олигархами, а за кем-то из моих учеников», — Ж.И.Алферов
Выдающийся физик-исследователь Жорес Иванович Алферов прожил почти 89 лет (15.03.1930-02.03.2019) и ушел совсем недавно.
«Локомотив» российской физики полупроводников прожил яркую и очень интенсивную жизнь, полную серьезнейших исследований и значимых для мировой общественности открытий. Из - под его «пера» вышло более 500 научных работ, три монографии и 50 изобретений.
Помимо научной деятельности, Алферов имел очень активную жизненную и гражданскую позиции:
- Учредил Фонд поддержки талантливой учащейся молодежи, для содействия её профессиональному росту, поощрения творческой активности в проведении научных исследований в приоритетных областях науки.
- Являлся ректором-организатором нового Академического университета и сопредседателем Консультативного научного Совета Фонда «Сколково».
- Трудился на посту вице-президента РАН (1991-2017), Председателя Президиума Санкт-Петербургского научного центра РАН.
- Избирался в Госдуму во все созывы, кроме первого и последнего. Последовательно отстаивал важность бесплатного образования и медицины и многие другие важные обществу преференции.
В текущем тысячелетии время снова ускоряет свой ход. Все меняется, стремительно трансформируются политические системы, происходят необратимые глобальные изменения.
Какое место занимает сегодня наука в новом глобальном мире? Какую роль ей сегодня отводит общество? – на данную тему рассуждают два великих ума современности, Жорес Иванович Алферов и Сергей Петрович Капица.