15 марта исполнилось 93 года со дня рождения выдающегося ученого, нобелевского лауреата по физике Жореса Алфёрова. 60 лет назад он придумал, как сделать лазер компактным и способным при этом работать при комнатной температуре.
С этого изобретения началось развитие устройств на полупроводниковых гетероструктурах, без которых не было бы большей части современной опто- и микроэлектроники, включая смартфоны, персональные компьютеры, оптоволоконную связь, лазерные принтеры, светодиодные лампы и так далее — вплоть до считывателей штрихкодов. «Ъ-Наука» вспоминает, как работы Алфёрова в области полупроводников продвинули вперед все человечество.
Детство тезки французского вождя
Жорес Иванович Алфёров родился 15 марта 1930 года в Витебске Белорусской ССР. Родители нарекли его в честь Жана Жореса — лидера Французской соцпартии и основателя газеты «Юманите». А старшего брата Жореса Ивановича звали Марксом: в то время в определенных кругах революционные имена были в моде.
Отец мальчиков, Иван Карпович Алфёров, был офицером. В Первую мировую он дослужился до унтер-офицера 4-го гусарского лейб-гвардии Мариупольского полка и дважды награждался Георгиевским крестом. В первый день Октябрьской революции он в числе делегатов Второго съезда Советов слушал исторические речи Ленина в Смольном. В Гражданскую войну командовал конным полком Красной армии. Затем служил уполномоченным ВЧК на пограничной заставе в Минской области, где познакомился с будущей матерью своих детей, Анной Розенблюм.
Когда Жоресу было пять лет, отец окончил промакадемию и устроился заводским инженером, а мать работала библиотекарем. С началом Великой Отечественной семья перебралась в Туринск Свердловской области, где Иван Карпович возглавлял завод по производству пороховой целлюлозы, а по завершении эвакуации обосновалась в пережившем оккупацию Минске. Маркс Иванович к ним не присоединился: погиб на фронте в 1944-м в возрасте 20 лет.
По учительскому настоянию
Интерес к полупроводникам будущий нобелевский лауреат проявлял с детства: свой первый детекторный приемник собрал в десятилетнем возрасте. Значительную роль в формировании у ребенка интереса к науке сыграл школьный учитель физики Яков Мельцерзон.
Дело происходило в Минске в первые послевоенные годы. Мужская средняя школа, где учился Алфёров, отапливалась печами, причем топили сами ученики. Они же пилили и кололи дрова. Отдельного кабинета физики, понятное дело, не было. Зато был «потрясающий учитель», как о нем отзывался сам Жорес Иванович.
«Яков Борисович проводил сдвоенные уроки,— вспоминал академик,— 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».
Именно по совету Мельцерзона после школы Алфёров поступил на энергетический факультет Белорусского политеха и, отучившись там несколько семестров, без экзаменов перевелся в Ленинградский электротехнический институт — знаменитый ЛЭТИ. Окончив вуз, в 1953-м (год смерти Сталина) Жорес Иванович устроился младшим научным сотрудником в лабораторию Владимира Тучкевича в Ленинградском физтехе (ныне Физико-технический институт им. А. Ф. Иоффе РАН).
Почетный почин
Будущий академик и Герой Соцтруда Тучкевич как раз начинал трудиться над первыми отечественными транзисторами. Саму технологию изобрели сотрудники Bell Labs Джон Бардин, Уолтер Браттейн и Уильям Шокли за шесть лет до того, в 1947-м (по меркам эпохи — буквально вчера). Так что карьера Алфёрова началась с создания отечественной полупроводниковой электроники.
Одним из заказчиков новейшей техники выступал военно-морской флот СССР: уникальными приборами собирались оснастить первую советскую атомную подводную лодку К-3 «Ленинский комсомол», спущенную на воду в 1957-м и давшую ход в июле 1958-го.
«За несколько летних месяцев,— вспоминал Жорес Иванович,— мы создали принципиально новое устройство для этой субмарины. По графику нам надо было представить наше устройство на завод для установки на лодку к 17 октября 1958 года. Но в первых числах сентября в лаборатории раздался телефонный звонок. Я снял трубку. “Мне нужен товарищ Алфёров”,— сказала телефонистка. “Я у телефона”.— “С вами будет говорить товарищ Устинов”.
Я — младший научный сотрудник, и мне звонит первый заместитель председателя Совета министров СССР! “Товарищ Алфёров,— сказал Дмитрий Федорович,— у меня к вам большая просьба. Нужно ускорить изготовление устройств и представить их на завод не к 17-му, а к 1 октября”. “Хорошо”,— ответил я. Положил трубку, поехал домой, взял из дома одеяло, подушку, переселился в лабораторию и с тех пор работал каждый день примерно с шести утра до двух часов ночи. С двух до шести спал, а потом работал снова. И мы в нашей лаборатории все сделали к 1 октября».
В 1959-м за эту работу Жорес Иванович удостоился своей первой правительственной награды — ордена «Знак Почета».
Нобелевское изобретение
Трудиться над тем, что впоследствии принесло ему Нобелевскую премию по физике, Алфёров начал спустя десять лет после начала своей научной деятельности. И это понятно: в 1953-м еще не существовало устройства, необходимость усовершенствования которого побудила бы исследовать гетеропереходы в полупроводниках. Первый лазер собрали лишь семь лет спустя — это сделал американец Теодор Майман в лаборатории в Малибу (штат Калифорния). А еще через три года молодой советский ученый загорелся идеей бесконечно расширить область применения этого устройства.
Дело в том, что первые лазеры представляли собой довольно громоздкие конструкции. В качестве рабочего тела, то есть области, в которой возникало когерентное излучение, в них был либо кристалл рубина, либо газ. Сделать же их компактными помогли полупроводники. Благодаря им появились лазеры на основе так называемого p-n-перехода.
Генерация лазерного луча в таких устройствах происходила за счет процессов в области соприкосновения двух полупроводников с разными типами проводимости — дырочной (p-типа, от англ. positive) и электронной (n-типа, от англ. negative). С одной стороны, размеры рабочего тела сократились до микрометровых масштабов, что обеспечивало известную компактность. С другой, такие приборы были очень нестабильны и работали лишь при температурах около –200 градусов Цельсия.
Алфёров же предложил заменить p-n-переход гетероструктурами — многослойными «сэндвичами» из разных полупроводников (среди наиболее перспективных предполагались арсениды алюминия и галлия). Теорию гетеропереходов с конца 1940-х развивали разные ученые во всем мире — от того же Шокли до немца Герберта Крёмера, который пришел к тем же выводам, что и Алфёров, в том же 1963 году.
Долгое время считалось, что создать гетероструктуру в реальности попросту невозможно — до тех пор, пока Жорес Иванович не применил для этого технологию жидкофазной эпитаксии, заключающуюся в «напылении» кристалла на подложке. В 1968-м Алфёров создал первый полупроводниковый гетеролазер — компактное устройство, работающее в непрерывном режиме при комнатной температуре. В США его успех повторили лишь годом позже.
Нобелевское признание
Быстродействующие опто- и микроэлектронные устройства на базе полупроводниковых гетероструктур, изобретенные Алфёровым и Крёмером (от гетеротранзисторов до лазерных диодов), послужили становлению современной электроники в целом. Начать с того, что на них работает вся область IT — оптоволоконные линии связи, компьютеры, мобильные телефоны. Без этих устройств немыслима и многая другая современная техника — от солнечных батарей до медицинской лазерной техники, от проекционного телевидения до светодиодного освещения, от считывателей штрихкодов до лазерных указок.
В 1971-м Институт Франклина (США) отметил изобретение Жореса Ивановича золотой медалью Стюарта Баллантайна, называемой в научных кругах «малой Нобелевской премией». До Алфёрова из отечественных ученых этой награды удостаивался лишь Петр Капица в 1944-м.
В Стокгольме же вклад Жореса Ивановича по достоинству оценили лишь на рубеже тысячелетий, когда компактные и быстродействующие устройства, способные за мгновение передавать огромные объемы информации на другой конец света, прочно вошли в обиход миллионов людей по всему миру. Половину Нобелевской премии по физике за 2000 год присудили Алфёрову и Крёмеру с формулировкой «за фундаментальные работы, заложившие основы современных информационных технологий посредством создания полупроводниковых гетероструктур, используемых в сверхвысокочастотной и оптической электронике». Другая половина досталась американскому инженеру Джеку Килби за изобретение интегральной схемы. Алфёров и Крёмер признания своих заслуг ждали 37 лет, Килби — 42 года.
Треть денежной награды Жорес Иванович направил в учрежденный им Фонд поддержки образования и науки. Некоторую часть потратил на покупку собственной квартиры: до того он с семьей пользовался служебной.
Настоящий коммунист
Последнюю треть жизни физик с мировым именем активно участвовал в общественно-политической жизни страны. С 1990-го занимал пост вице-президента Академии наук, с 2010-го — сопредседателя в консультативном совете фонда «Сколково». В 2013-м баллотировался на пост президента РАН (уступил академику Владимиру Фортову).
С начала 1990-х в думских кулуарах шутили: «У КПРФ в парламенте пять десятков депутатов, но только один искренний коммунист. Да и тот беспартийный». Со временем число депутатов во фракции и в шутке менялось, а «единственным искренним коммунистом» оставался Жорес Иванович.
Всю жизнь он совершенно искренне верил, что «коммунизм и идеи социальной справедливости обязательно победят», с 1965-го состоял в КПСС, а в КПРФ так и не вступил, хотя, кажется, при желании мог бы легко ее возглавить. «Моя партия — Академия наук»,— отвечал Жорес Иванович на вопрос о партийной принадлежности. В 1989-м его избрали народным депутатом именно от академии.
В 1995-м он избрался в Госдуму и оставался депутатом почти четверть века все с той же целью — чтобы отстаивать интересы науки и образования. Алфёров был убежден, что в Советском Союзе они были выстроены куда эффективнее, чем теперь. Он не уставал повторять, что если бы не распад СССР, «то айфоны и айпады сейчас выпускали бы у нас», и непрестанно сетовал, что «наша наука не востребована экономикой и обществом».
1 марта 2019 года Жорес Иванович умер на 89-м году жизни. В последние годы, пользуясь тем, что его нобелевский статус позволяет публично говорить о том, о чем многие предпочли бы даже не задумываться, Алфёров активно выступал против ЕГЭ, преподавания теологии в университетах, реформирования РАН. Убеждал, что нельзя вечно кормиться углеводородами — следует развивать высокие технологии. Призывал делать страну привлекательной для своей же молодежи, чтобы остановить «утечку мозгов».
И был бесконечно убежден в том, что «если уж суждено нашей стране быть великой державой, то она ею будет не благодаря ядерному оружию или западным инвестициям, не благодаря вере в Бога или президента, а благодаря труду ее народа, вере в знание, в науку, благодаря сохранению и развитию научного потенциала и образования».
Все материалы Коммерсантъ www.kommersant.ru