Всюдные лазеры
«Непосредственно из нашей лаборатории, – говорил академик АН СССР Жорес Алфёров в интервью, – вышли первые комнатные лазеры. А первые непрерывные комнатные лазеры – это что? Волоконно-оптическая связь. Все волоконно-оптические линии связи для телефонов, для Интернета, для чего угодно, там источником сигнала выступают полупроводниковые лазеры на гетероструктуре, наши лазеры. Модифицированные, усовершенствованные, но наши. Лазерная указка, которую вы используете, когда делаете доклады, это наш лазер. Когда по кабелю идёт телевизионный сигнал – это наш лазер. Когда кассир в супермаркете штрихкод с товара считывает – это наш лазер».
В 2000 году Нобелевская премия по физике была присуждена одним из основателей современной информационной техники – российскому учёному Жоресу Алфёрову и американцу Герберту Кремеру «За фундаментальные работы, заложившие основы современных информационных технологий посредством создания полупроводниковых гетероструктур, используемых в cсверхвысокочастотной и оптической электронике».
Жорес Иванович Алфёров (1930–2019), белорус, подобно многим советским выдающимся учёным, прошёл путь «талантливого юноши из народа». В Минске, окончив школу с золотой медалью, он поступил в Белорусский политехнический институт, но вскоре перевёлся в Ленинградский электротехнический.
«На втором курсе, – вспоминал он, – я сделал доклад о работах по фотоэффекту русского физика Александра Столетова. Доклад понравился Наталье Николаевне Созиной, она позвала меня работать на кафедре физики вакуума, и я с удовольствием согласился. Сначала работал бесплатно, а потом Наталья Николаевна говорит: “Вы с утра до ночи тут просиживаете, давайте я оформлю вас на полставки инженера”. И я на 4–5 курсе получал 650 рублей стипендию и 550 рублей полставки инженера – всего 1200 рублей. Придя в начале 1953 года в мой горячо любимый физтех, я в начале получал 900 рублей… Я учился на факультете вакуумной электроники. Между прочим, Джек Килби, мой коллега по Нобелевской премии, окончил тоже вакуумную электронику, только вдали от Санкт-Петербурга, в Иллинойском университете. А дальше, конечно, мне очень крупно повезло… я добился распределения на работу в физтех».
Но это не просто успехи отличника учёбы. Он уже студентом начал работать в лаборатории, причём бескорыстно. Его увлекала и вдохновляла работа, исследование. Так было и впредь:
«В физтех пришёл 30 января 1953 года. Тогда заведующим сектором в лаборатории полупроводников был кандидат физматнаук Владимир Максимович Тучкевич, ставший потом академиком и Героем Социалистического Труда. Он у меня спросил: “Осциллограф включать умеете?”, а когда узнал, что я два года работал на ставке инженера, сразу повёл в лабораторию. Мы тогда выполняли специальное задание правительства, тема “плоскость”, создание первых советских транзисторов на PN-переходах. Транзисторы – это для того времени новая физика и новая технология. Так я сразу попал на чрезвычайно интересное, важное и новое направление… Наш транзистор с приличными характеристиками сделан мною 5 марта 1953 года…
Я с гордостью могу сказать, что мы основоположники физики и технологии полупроводниковых гетероструктур. У меня сперва была одна лаборатория, потом уже отделение, группа лабораторий, а сегодня в России таких лабораторий очень много. Если в 1966–1967 годах мне многие говорили: “Из этого ничего не получится”, то сегодня в программе любой международной конференции гетероструктуры составляют половину, а иногда три четверти и более докладов и прочее».
Нередко утверждают, будто в СССР не развивались электроника, кибернетика. Ложь! Без систем автоматического оперативного управления нельзя было бы запустить спутники; не создали бы современные военные самолёты, не говоря уже о решении многих других задач. В книге «Кибернетика» Н. Винер отметил: «Некоторые мои изыскания в этом направлении связаны с более ранней работой Колмогорова в России».
Ж.И. Алфёров
Основные труды академика Андрея Николаевича Колмогорова (1903–1987) по теории функций, математической логике, топологии, по теории вероятностей, автоматическому регулированию, информатике. Проводил исследования по теории стрельбы, по статистическим методам контроля массовой продукции и теории передачи информации по каналам связи. Был лауреатом Сталинской (1941) и Ленинской (1965) премий, Героем Социалистического Труда.
В СССР успешно развивалась техническая кибернетика и связанные с ней теоретические разработки. Некоторые учёные на Западе использовали отдельные положения кибернетики с политическим акцентом. Не избежал этого и Н. Винер в книге «Кибернетика и общество» (1954).
Писал Винер о «фашистском муравьиноподобном государстве», хотя такова особенность любых социальных систем при резком классовом, кастовом и клановом расслоении. Это проявляется и при капитализме, где человек становится винтиком в механизме, ориентированном на максимальную прибыль.
Он был объективен: «Удел информации в типичном американском мире состоит в том, чтобы превратиться в нечто такое, что может быть куплено и продано». «В этих условиях промышленность будет наполняться новыми механизмами лишь в той степени, в какой будет очевидно, что они принесут немедленную прибыль, невзирая на тот будущий ущерб, какой они способны нанести». «Большой триумф изобретательской мысли в основном стал служить “мыльной опере” и балаганному певцу». В этом наглядно убедилось население некогда единого СССР.
…Знание кибернетики, а также личный опыт пребывания и в социалистическом, и в буржуазном обществе определили активную социальную позицию Жореса Алфёрова. Он работал, в отличие от многих других депутатов, в Государственной Думе (от КПРФ, хотя остался членом КПСС). Пояснил в статье «И всё-таки, почему социализм?» (2019): «Мы, люди старшего поколения, выросли в обществе, которое при всех его недостатках действительно было социалистическим. Мы занимались развитием производства для удовлетворения потребностей трудящихся».
О достижении своего коллектива он рассказал так: «Гетероструктура – это полупроводниковая структура, в которой… реализованы разные полупроводниковые материалы… Герберт Кремер… свои теоретические работы по гетероструктурам публиковал в 1950‐е годы, намного раньше меня. Я стал заниматься ими только в конце 1962‐го. Поэтому он пионер. Но он теоретик. А мы пионеры тоже, но практики.
У нас была первая идея полупроводникового лазера, оптического ограничения, оптического волновода для лазеров. Мы довольно рано поняли одну принципиально важную вещь. Гетероструктуры в целом позволяют создавать принципиально новый класс материалов и на их основе можно иначе управлять потоками электронов и фотонов и создать новую электронику… Была создана небольшая группа и уже к 1968‐му мы смогли обогнать американцев, потому что у нас был более широкий подход. Они на это дело смотрели только как на улучшение параметра лазеров. Мы же решали принципиальную задачу, но сконцентрировав первые усилия на лазерах, потом перешли на солнечные батареи, потом на транзисторы.
Лазеры – прекрасное изобретение, полупроводниковые лазеры – великолепное. Это были компактные приборы, крошки, но они работали только при температурах жидкого азота и жидкого гелия. А наша идея дала возможность им работать при комнатной температуре. Открылась новая область физики полупроводников.
Но чтобы всё это родилось, нужно иметь материалы, где нужные свойства реализуются без дефектов. Для нас было с самого начала ясно – массу полезных эффектов можно получить, используя арсенид алюминия или арсенид галлия. Но арсенид алюминия химически нестабилен, если его не покрыть слоем керосина, он быстро распадается на щёлочь и газ. Ну кто же будет делать приборы, которые превратятся в щёлочь и в газ? Поэтому мы считали, что это не перспективно. И не только мы, а и другие так считали.
Мы начали с системы мышьяк-галлий-фосфор. Потратили пару лет на разработку системы, получили лазер, но он снова функционировал только при температуре жидкого азота. Ребята у меня работали молодые, выпускники, постарше был только Дима Третьяков, блестящий физикохимик. Однажды он пришёл ко мне и говорит: «В столе у Саши Барщевского (он сейчас работает в Штатах) лежат поликристаллические кристаллики твёрдых растворов галлий-алюминий-мышьяк. Лежат уже несколько лет и с ними ничего не случилось. Мы попробовали их использовать – и всё получилось. Таким образом мы нашли стабильный материал, пригодный для электроники. В 1968 году мы послали первую статью, а потом узнали, что два американца сделали то же самое и тоже послали статью. Правда, послали её чуть позже, а опубликовали – чуть раньше, но это неважно».
Часто за одно открытие дают премию нескольким учёным. Значит, научная идея уже созрела, как спелый плод. Можно и нужно восхищаться теми, кто первыми его увидел. Хотя всё новое в науке и технике – результат прежних открытий, а в наше время ещё и результат творчества отдельного коллектива, но также и всего научного сообщества.