Сегодня интерес к светодиодам растет быстрее, чем область их применения в светотехнике. Многие считают, что за светодиодами будущее. Профессионалы дают такое определение. Светодиод это полупроводниковые приборы с электронно-дырочным переходом, создающие оптическое излучение при пропускании через них электрического тока в прямом направлении.
Чем же он хорош? В отличие от лампы накаливания электрический ток в светодиоде преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Светодиод мало нагревается, он механически прочен и исключительно надежен, его срок службы может достигать 100 тыс. часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5–10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Он излучает в узкой части спектра, его цвет чист. Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор. Сегодня светодиоды заметно потеснили традиционные лампочки Эдисона. О судьбе русского изобретателя электрической лампочки мы писали ранее, сегодня мы хотим рассказать про «русский след» в открытии светодиодов. В детстве нам хочется поскорее вырасти, и мы торопимся обогнать время. Но время может жестоко отомстить тому, кто его обогнал. Имя Олега Лосева известно немногим профессионалам электротехники. Его не перечисляют в ряду великих: Герц, Фарадей, Попов. А все из-за того, что открытия Олега Лосева опередили время на несколько десятков лет. Чтобы их понять, объяснить и начать массово внедрять, потребовалось совершить ряд других открытий. К тому времени тело Лосева уже затерялось среди безымянных жертв блокады Ленинграда. Гениальный физик умер от голода в январе 1942 года.
Профессор без диплома
В отличие от соотечественников, которые практически не знают физика Олега Лосева, его имя довольно долго с пиететом произносили иностранные ученые. Они назвали открытый им эффект холодного свечения «светом Лосева». Только спустя 20 лет после смерти гениального физика появились изобретения, продвинувшие далее его открытие и тогда его имя начало отходить в тень. За работы, продолжавшие исследования Олега Лосева, неоднократно присуждали Нобелевскую премию. А сам он так и не получил диплом о высшем образовании. Олег Лосев родился в Твери в 1903 году. Хотя в его жизни нет очевидных указаний на личное участие в социальных переменах, происходивших в стране, политика неоднократно вмешивалась и меняла его биографию. Его отец был офицером царской армии (но в советское время он писал, что конторским служащим на вагоностроительном заводе), мать не работала. Мальчик учился в реальном училище, когда у него появилась ясная цель в жизни. Сам он рассказывал об этом так: «Мне было 14 лет, когда во мне проснулся этот голод. Шел 1917 год. К нам в Тверь приехал штаб-капитан Владимир Лещинский и читал лекцию об устройстве беспроволочного телеграфа. Понимаете, он говорил, что собрать радио и принимать сигналы с другого конца мира может любой человек. Тогда я впервые почувствовал этот голод, голод ученого. Первое, что я сделал — стал экономить и за год собрал денег на домашнюю мастерскую». Владимир Лещинский приехал в Тверь не случайно. Она располагалась между Москвой и Петербургом, и в условиях войны это был очень важный пункт радиосвязи, именно поэтому там работали самые выдающиеся умы. Лосев был очень воодушевлен, он увлекся радиоделом, часами просиживая в своей лаборатории. Но война закончилась и радиолабораторию из Твери решили перенести в Нижний Новгород.
Олег Лосев окончил школу, поехал в Москву, поступил на учебу в институт, но случайная встреча с Владимиром Лебединским на Первом Всероссийском радиотехническом съезде поменяла все его планы. Лебединский и Михаил Бонч-Бруевич — сотрудники Тверской радиостанции, которых Лосев знал по Твери, отправлялись в Нижний Новгород, чтобы создавать первый советский научно-исследовательский центр в области радиотехники — Нижегородскую радиолабораторию (НРЛ). Лосев бросил институт и поступил туда на работу. В своем желание обогнать время Олег Лосев не обращал внимания на серьезные бытовые проблемы. В Нижнем Новгороде у него не было жилья. Жил он на верхней площадке лестницы в лаборатории. Часто забывал поесть, и в результате в 20 лет обзавелся язвой желудка. Ему было жаль тратить время на учебу, так как он знал, что хочет делать и в этой области был блестяще образован. Но именно формальное отсутствие диплома об окончании института поставило Олега Лосева в унизительное положение любителя, недофизика.
Кристадин
Первая научная статья Олега Лосева вышла уже в 1921 году в местном журнале «Радиотехник». В 1922 году он публикует статью «Детектор-генератор; детектор-усилитель» в журнале Нижегородской радиолаборатории «Телеграфия и телефония без проводов». В этом же году им была подана заявка на выдачу патента «Способ генерирования незатухающих колебаний». Открытие, имеющее мировое значение, Олег Лосев совершил в 19 лет. Он первый в мире показал, что полупроводниковый кристалл может усиливать и генерировать высокочастотные радиосигналы. Патент на изобретение выдали только в 1926 году. Но Лосев был чужд авторских амбиций и далек от извлечения выгоды из своего открытия. Он поспешил поделиться им со всем миром. Радиолюбители с интересом читали его статьи, которые появлялись во Франции, Германии, Англии и в США. Имя первому изобретению Лосева дает не сам ученый, а редактор парижского журнала инженер Кинэ и называет его «Кристадин». Лосевым восхищаются. В 1922 году он демонстрирует результаты своих исследований по использованию кристаллического детектора в роли генератора незатухающих колебаний. В публикации по теме доклада приведены схемы лабораторных испытаний и математический аппарат для обработки материала исследований. На схеме видна «N-образная» вольт-амперная характеристика «кристадина», типичная для туннельных диодов.
Олег Лосев первым применил на практике туннельный эффект в полупроводниках. Но это стало понятно только после Второй мировой войны. Нового прорыва в радиоэлектронике не произошло. В России Лосева считали радиолюбителем. Было выбрано направление для развития радиотехники. Все силы были брошены на совершенствование радиоламп, которые успешно вытесняли электрические машины и дуговые разрядники из передающей радиоаппаратуры. Радиоприемники на лампах работали всё устойчивей, и становились всё дешевле. Поэтому профессиональными радиотехниками «кристадин» тогда рассматривался как курьез: гетеродинный приемник без лампы, надо же! Спустя десятилетия оказалось, что как раз лампы были тупиковой ветвью развития. Изобретатель «приемника без ламп» Олег Лосев подарил свое изобретение радиолюбителям всего мира. Постепенно незапатентованное открытие начали использовать люди, не чуравшиеся коммерции, и имя Лосева в связи с ним перестало звучать. Закончилось тем, что журнал «Radio News» присвоил себе торговую марку «Кристадин». Почему Лосеву не дали патент в России? Его научный руководитель и коллега Владимир Лебединский написал по этому поводу довольно едкий фельетон, в котором были слова: «Говорят человека не нашлось, чтоб мог обычный детектор от генерирующего отличить — вот и не дали патент». С 1924 по 1928 год изобретатель получил от радиолюбителей более 700 писем и ни одно из них не оставил без ответа. Его корреспонденты писали, что при помощи детектора из цинкита в Томске можно слышать Москву, Нижний Новгород и заграничные станции. Кристадины на длине волны 24 м работали на нескольких радиостанциях Наркомата почт и телеграфов (НКПТ), предшественника министерства связи.
«Эффект Лосева»
Историки физики могут записать во всех учебниках: первый светодиод появился в 1923 году в Советском Союзе в Нижегородской лаборатории благодаря Олегу Лосеву. Он экспериментировал с кристаллическими элементами, пытаясь создать более дешевый аналог детекторов — без громоздких и прожорливых электронных ламп. Исследуя место контакта карбида кремния и стальной проволоки, Олег Лосев обнаружил «холодное свечение» — оно происходило без инерции, разогрева и выделения тепла. Полупрозрачный кристалл под тонким стальным острием светился. «Вероятнее, что здесь происходит совершенно своеобразный электронный разряд, не имеющий, как показывает опыт, накаленных электродов», — писал ученый в одной из своих статей. Такое явление получалось благодаря взаимодействию карборунда, стальной проволоки и электричества. Явление назвали «эффектом Лосева», в честь его первооткрывателя. А в 1927–1928 годах Олег Владимирович сделал и третье свое открытие — емкостный фотоэффект в полупроводниках, то есть способность кристаллов преобразовывать световую энергию в электрическую (принцип действия солнечных батарей). Патент СССР № 12191 на «световое реле» Лосев получил 28 февраля 1927 года. Фактически это и было изобретением первого полупроводникового светодиода. Светоизлучающие диоды тогда использовались не в качестве источников света, а для определения телеграфных и телефонных сигналов, а также записи модулированного светового потока на фотопленку.
Лосев в Ленинграде
В 24 года Олег Лосев был известен физикам всего мира. Его, не имевшего диплома о высшем образовании, западные коллеги называли «профессором». Но вскоре его научная жизнь была поставлена на паузу. Вмешались политика и бюрократия. Время от времени в молодой стране Советов вспыхивали чистки вредных элементов. Обычно вспоминают о волне репрессий 1937–1938 годов, но, в действительности, процессы по ущемлению прав граждан, шли постоянно. Лосев со своим враждебным пролетариату дворянским происхождением был очень уязвим и не только он. С середины 1920-х годов Нижегородская радиолаборатория, в которой он работал, становится объектом интриг советской бюрократии. В итоге лабораторию переводят в Ленинград. Вместе с ней переезжает и Лосев. В стране усиливается борьба с «бывшим» элементом. Теперь уже невозможно так запросто напечатать статью в иностранном журнале. Статья должна быть одобрена соответствующими органами от науки. В ранжированной системе науки СССР невозможно было быть просто гениальным ученым. Статус должен быть подтвержден дипломом, званием. Только после прохождения этих инициаций, человек мог рассчитывать на включение в непростую систему распределения бытовых благ и, что было важнее для Лосева, получить поддержку исследований. В СССР он был радиолюбителем, домашним изобретателем, хотя теоретическую физику знал отлично, свои исследования строил на основе квантовой теории Альберта Эйнштейна. После десяти лет научного молчания, с середины 1937 года Лосев стал работать рядовым преподавателем физики в Ленинградском медицинском институте им. Павлова. Публиковать его научные работы никто не хотел. В Ленинграде Лосев подружился с физиком Абрамом Иоффе и, благодаря ему, Олегу Владимировичу удалось как-то закрепиться в советской науке. В лаборатории Физико-технического института под руководством Иоффе Лосев проводил исследования полупроводников из карбида кремния, связанные с квантовой теорией электромагнитных излучений в световом спектре диапазона волн. Занимался также созданием малогабаритных безвакуумных холодных источников света с низким напряжением питания (менее 10 В) и высоким быстродействием. Его экспериментальные приемы использовались в дальнейшем другими учеными.
Своими пионерскими исследованиями в области светодиодов и фотодетекторов Лосев внес вклад в будущий прогресс оптической связи. Его исследования были так точны, публикации так ясны, что без труда завоевывали себе сторонников, а интуитивный выбор и искусство экспериментатора многих сведущих людей просто изумляли. С учетом сделанных им открытий лаборанту Лосеву в 1938 году по представлению академика Иоффе Ученым советом Ленинградского индустриального института была присуждена ученая степень кандидата физико-математических наук по совокупности выполненных научно-исследовательских работ без защиты диссертации и наличия диплома о высшем образовании. В Ленинградском физико-техническом институте у Лосева было собственное рабочее место, но закрепиться в штате ему не удалось. Исследователи его биографии отмечали, что ученый никогда не был командным игроком. У него нет работ, которые он написал бы в соавторстве. С получением кандидатского свидетельства Лосев мог преподавать в высшем учебном заведении, и в 1938 году он перешел на должность ассистента кафедры физики в Ленинградский первый медицинский институт, продолжая при этом заниматься и научно-исследовательской работой. В 1938–1939 годах ученый прославился исследованием электропроводимости тончайших, следующих друг за другом, начиная с поверхности, слоев кристаллов карборунда с противоположным механизмом проводимости. Результаты проведенных им экспериментов послужили обоснованием теории запорного слоя в современном учении о полупроводниках. Им были разработаны система противопожарной сигнализации, электрический стимулятор сердечной деятельности, а после начала войны — портативный обнаружитель металлических предметов (пуль и осколков) в ранах. В 1941 году экспериментатор начал работать над темой «Метод электролитных фотосопротивлений, фоточувствительность некоторых сплавов кремния».
Блокада
Если бы не смерть в блокадном Ленинграде, судьбу Олега Лосева не стоило бы считать трагичной. Он занимался любимым делом. Были времена, когда его имя гремело по всему миру. Сам он, судя по оставленным им записям, не чувствовал себя несчастным и угнетенным. Жаль, что советская наука слишком поздно осознала те перспективы, которые давали его идеи. Его научные разработки не пропали. Их продолжили другие ученые. В 1939 году Олег Лосев в автобиографии написал, что с открытием усилительных свойств кристаллов появилась реальная возможность создания полупроводникового аналога лампового триода. Ее реализовал в 1947 году американский ученый русского происхождения профессор Иллинойского университета Джон (Иван) Бардин. Ему (совместно с У. Браттейном и У. Б. Шокли) в 1956 году была присуждена Нобелевская премия, и при вручении научных регалий он публично признал приоритет Лосева в этой области. Личная жизнь Олега Лосева не задалась, он дважды был женат, но оба раза неудачно. Самым близким для него человеком была его мать, которую он ласково называл «матейка». Переехав в Ленинград, Лосев перевез туда и родителей. Когда началась Отечественная война и немецкие войска подошли к Ленинграду, Олег Лосев решил оставаться в городе и эвакуировать только родителей, но удалось отправить только отца. Мать осталась с сыном. Лосев продолжал работать. Когда началась блокада, он стал донором. В начале января 1942 года от голода умерла мать, а через несколько дней — 22 января 1942 года в госпитале мединститута от истощения умер и сам изобретатель первого в мире светодиода. Его тело не было востребовано, похоронили Олега Лосева в братской могиле. Его последняя законченная исследовательская работа по фотопроводимости в сплавах кремния, отосланная в редакцию научного журнала АН СССР «Экспериментальная и теоретическая физика» оказалась потерянной. Найти рукописи статьи не удалось. В том же году в США компании Sylvania и Western Electric начали промышленное производство кремниевых точечных диодов, которые использовались в качестве детекторов-смесителей в радиолокаторах. Практическое применение эффекта электролюминесценции стало возможным лишь в конце 50-х годов ХХ века. Смерть Лосева совпала по времени с рождением кремниевой технологии. Он на десятилетия опередил современную ему электронику и радиотехнику. Не было достаточно чистых материалов, теории полупроводников, чтобы добиться воспроизводимого повторения, поэтому его преждевременные открытия не оценили в научном мире по достоинству сразу. Только в 1952 году профессор Остроумов на сессии ВНТОРЭС выступил с докладом «Советский приоритет в деле создания кристаллических электронных реле по работам О. В. Лосева», и сессия предложила издать труды уникального ученого, доработать его научное наследие и внедрять полупроводники в практику. В 1954 году был организован Институт полупроводников АН СССР, директором которого стал Иоффе. У этой истории нет какой-то морали. Как можно заставить себя не спешить и не опережать время? Стоило ли соблюдать все ступени советской бюрократии? Можно ли жертвовать в войну гениальным ученым? Эти будоражащие вопросы мы можем задавать бесконечно. Олегу Лосеву было 38 лет, когда он умер. На мгновение замерев, наука пошла дальше, увенчивая славой других героев, а мы обещаем вам рассказывать о великих ученых, оставшихся в тени своих открытий.
