Жорес Алфёров, создатель полупроводниковых гетероструктур

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.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

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

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

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

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

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».

Ольга Грибова