Жорес Алферов – живая легенда отечественной науки. Ученый, открытия которого стали основой для создания современных электронных устройств. Наш мир уже невозможно представить без лазеров, полупроводников, светодиодов и оптоволоконных сетей. Все это стало доступно человечеству благодаря изобретениям Жореса Алферова и воспитанных им молодых ученых.
Заслуги российского (в прошлом – советского) физика высоко отмечены во всех уголках Земли и даже в космосе. Астероид (3884) Alferov носит имя лауреата Нобелевской премии, академика РАН и почетного члена международных научных сообществ.
Детство и юность
Детство ученого выпало на тяжелые годы. Мир сильно изменился с тех пор, как в семье коммунистов Ивана Карповича Алфёрова и Анны Владимировны Розенблюм родился младший сын. Старшего сына родители назвали Марксом (он погиб в последние дни Корсунь-Шевченковской битвы), а младший получил имя в честь Жана Жореса, вождя французских социалистов.
Семья Жореса Алферова: родители и брат
Родившийся 15 марта 1930 года в Витебске ребенок до войны успел исколесить вместе с родителями стройки Сталинграда, Новосибирска, Барнаула и Сясьстроя. Если бы семья Алферовых осталась жить в Белоруссии, то мировая наука могла бы понести огромную утрату, так и не узнав о нем. Национальность Анны Розенблюм стала бы причиной гибели и матери, и сына от рук нацистов.
Годы Второй мировой войны семья жила в Свердловской области, но нормально учиться в школе будущему ученому в это время не довелось. Однако по возвращении в Минск Жорес быстро наверстал упущенное время. Школу закончил с золотой медалью. Сейчас эта школа называется гимназией №42 и носит имя знаменитого ученика.
Учитель физики Яков Борисович Мельцерзон заметил способности юноши и рекомендовал поступать на энергетический факультет Белорусского Политеха. Определившись с кругом научных интересов, Алферов перевелся в ЛЭТИ. В 1952 году начал научную карьеру.
Наука
Выпускник мечтал работать в Физтехе под руководством Абрама Федоровича Иоффе. Физико-технический институт был в послевоенное время легендой. В шутку его именовали «детским садом Иоффе» - именно там росли молодые , и . Там Жорес Иванович стал частью команды, создавшей первые советские транзисторы.
Транзисторы стали темой для кандидатской диссертации молодого ученого. Впоследствии Жорес Иванович переключился на изучение гетероструктур (искусственных кристаллов) и движением в них света и других видов излучения. В его лаборатории работали с лазерами, уже в 1970 году там создали первые в мире солнечные батареи. Ими оснащали спутники, они снабжали электроэнергией орбитальную станцию «Мир».
Занятия прикладной наукой шли параллельно с преподавательской работой. Жорес Иванович писал книги и статьи. Руководил кафедрой оптоэлектроники и лично отбирал студентов. Увлеченные физикой школьники посещали его ежегодные курсы лекций «Физика и жизнь».
Сейчас при Академическом университете, бессменным ректором которого является Жорес Алферов, действует лицей «Физико-техническая школа». Лицей является нижней ступенью научно-образовательного учреждения, в который входит и мощный научно-исследовательский центр. Академик видит в лицеистах будущее российской науки.
«Будущее России - наука и технологии, а не распродажа сырья. И будущее страны не за олигархами, а за кем-то из моих учеников».
Эта цитата из публичного выступления Жореса Ивановича раскрывает веру ученого в победу пытливого разума над желанием обогащения.
Личная жизнь
Возможно, первым научным успехам ученого поспособствовала неудача в личной жизни. Первый брак Жореса Ивановича распался со скандалом. Красавица жена с помощью влиятельных грузинских родственников отсудила у мужа при разводе ленинградскую квартиру. В собственности Алферова остались лишь мотоцикл и раскладушка, на которой он ночевал в лаборатории. Разрыв отношений привел к полной потере отношений отца с дочерью.
Вторично ученый женился только в 1967 году, и этот брак выдержал испытание временем. Вместе с Тамарой Дарской Жорес воспитал ее дочь Ирину и общего сына Ивана. Рождение сына совпало с другим событием в биографии - получением Ленинской премии. Дети давно выросли, Жорес Иванович успел стать дедушкой. У него два внука и внучка.
Последние годы
Авторитет ученого в мировой науке опирается на более 500 научных работ и почти сотню изобретений. Но деятельность Нобелевского лауреата не ограничивалась физикой. Летом 2017 года в стенах Самарского университета академик прочитал открытую лекцию на тему: «Альберт Эйнштейн, социализм и современный мир», где раскрыл вопросы взаимодействия ученых и правителей.
В своих выступлениях ученый называл положение науки в России ужасающим и отстаивал права РАН на самоуправление и достойное финансирование. Ученый считал, что государство должно обеспечивать граждан бесплатной медициной, образованием и жильем, а в противном случае эта структура бесполезна.
Жорес Иванович принимал непосредственное участие в управлении государством. Еще в 1989 году его выбрали народным депутатом СССР от Академии Наук. С тех пор академик постоянно избирался в российскую Думу, активно отстаивая интересы ученых и простых граждан.
В августе 2017 года журнал Форбс включил Жореса Алферова в сотню самых влиятельных россиян последнего столетия. Несмотря на солидный возраст, нобелевский лауреат на видеозаписях и фото выглядел бодрым и уверенным в себе.
Смерть
2 марта 2019 года Жорес Алферов в возрасте 88 лет. Как рассказал журналистам главврач больницы Российской академии наук Олег Чагунава, причиной смерти нобелевского лауреата стала острая сердечно-легочная недостаточность. Накануне Алферов несколько месяцев наблюдался у медиков с жалобой на гипертонию.
Организацию похорон прославленного физика взяла на себя КПРФ.
Награды и достижения
- 1959 - Орден «Знак Почёта»
- 1971 - Медаль Стюарта Баллантайна (США)
- 1972 - Ленинская премия
- 1975 - Орден Трудового Красного Знамени
- 1978 - Хьюллет-Паккардовская премия (Европейское физическое общество)
- 1980 - Орден Октябрьской Революции
- 1984 - Государственная премия СССР
- 1986 - Орден Ленина
- 1987 - Золотая медаль Генриха Велкера (Симпозиум по GaAs)
- 1989 - Премия имени Карпинского (ФРГ)
- 1993 - XLIX Менделеевский чтец
- 1996 - Премия имени А. Ф. Иоффе (РАН)
- 1998 - Почетный доктор СПбГУП
- 1999 - Орден «За заслуги перед Отечеством» III степени
- 1999 - Демидовская премия (Научный Демидовский фонд)
- 1999 - Золотая медаль имени А. С. Попова (РАН)
- 2000 - Нобелевская премия (Швеция)
- 2000 - Орден «За заслуги перед Отечеством» II степени
- 2000 - Премия Ника Холоньяка (Оптическое общество Америки)
- 2001 - Орден Франциска Скорины (Беларусь)
- 2001 - Премия Киото (Япония)
- 2001 - Премия В. И. Вернадского (Украина)
- 2001 - Премия «Российский Национальный Олимп». Титул «Человек-легенда»
- 2002 - Государственная премия Российской Федерации
- 2002 - Золотая медаль SPIE
- 2002 - Награда «Золотая тарелка» (США)
- 2003 - Орден князя Ярослава Мудрого V степени (Украина)
- 2005 - Орден «За заслуги перед Отечеством» I степени
- 2005 - Международная энергетическая премия «Глобальная энергия»
- 2008 - Звание и медаль Почётного профессора МФТИ
- 2009 - Орден Дружбы народов (Беларусь)
- 2010 - Орден «За заслуги перед Отечеством» IV степени
- 2010 - Медаль «За вклад в развитие нанонауки и нанотехнологий» от ЮНЕСКО
- 2011 - Звание «Почётный доктор Российско-Армянского (Славянского) университета»
- 2013 - Международная премия Карла Боэра
- 2015 - Орден Александра Невского
- 2015 - Золотая медаль имени Низами Гянджеви (Азербайджан)
- 2015 - Звание «Почётный профессор МИЭТ»
Семья
Жорес Алферов вырос в семье белоруса Ивана Карповича Алферова и еврейки Анны Владимировны Розенблюм. Старший брат Маркс Иванович Алферов погиб на фронте.
Жорес Алферов женат вторым браком на Тамаре Дарской. От этого брака у Алферова есть сын Иван. Также известно, что у Алферова есть дочь от первого брака, с которой он не поддерживает отношений, и приемная дочь Ирина - дочь второй супруги от первого брака.
Биография
Начало войны не позволило юному Жоресу Алферову отучиться в школе, и он продолжил учебу сразу после окончания войны в разрушенном Минске, в единственной работавшей русской мужской средней школе №42.
Окончив школу с золотой медалью, Жорес Алферов поехал в Ленинград и без вступительных экзаменов был зачислен на факультет электронной техники Ленинградского электротехнического института имени В.И. Ульянова (ЛЭТИ).
В 1950 году студент Жорес Алферов, специализировавшийся на электровакуумной технике, начал работать в вакуумной лаборатории профессора Б.П. Козырева.
В декабре 1952 года во время распределения студентов своей кафедре в ЛЭТИ Жорес Алферов выбрал Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ), которым руководил знаменитый Абрам Иоффе . В ЛФТИ Алферов стал младшим научным сотрудником и принимал участие в разработке первых отечественных транзисторов.
В 1959 году за работы по линии ВМФ СССР Жорес Алферов получил свою первую правительственную награду – "Знак почета".
В 1961 году Алферов защитил секретную диссертацию, посвященную разработке и исследованию мощных германиевых и кремниевых выпрямителей, и получил ученую степень кандидата технических наук.
В 1964 году Жорес Алферов стал старшим научным сотрудником Физтеха .
В 1963 году Алферов начал изучение полупроводниковых гетеропереходов. В 1970 году Алферов защитил докторскую диссертацию, обобщив новый этап исследований гетеропереходов в полупроводниках. Фактически, им был создано новое направление - физика гетероструктур.
В 1971 году Жорес Алферов был удостоен своей первой международной награды - медали Баллантайна, учрежденной Франклиновским институтом в Филадельфии. В 1972 году Алферов стал лауреатом Ленинской премии .
В 1972 году Алферов становится профессором, а через год - заведующим базовой кафедрой оптоэлектроники ЛЭТИ, открытой на факультете электронной техники Физтеха. В 1987 году Алферов возглавил Физтех, а в 1988 году параллельно стал деканом открытого им физико-технического факультета Ленинградского политехнического института (ЛПИ).
В 1990 году Алферов стал вице-президентом АН СССР.
10 октября 2000 года стало известно, что Жорес Алферову стал лауреатом Нобелевской премии по физике - за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники. Саму премию он разделил с двумя другими физиками - Кремером и Джеком Килби.
В 2001 году Алферов стал лауреатом Государственной премии РФ.
В 2003 году Алферов покинул пост главы Физтеха, оставшись научным руководителем института. 2005 году он стал председателем Санкт-Петербургского физико-технологического научно-образовательного центра РАН.
Жорес Алферов - признанный во всем мире ученый, создавший собственную научную школу и воспитавший сотни молодых ученых. Алферов является членом ряда научных организаций мира.
Политика
Жорес Алферов с 1944 года являлся членом ВЛКСМ , а с 1965 года - член КПСС . Алферов начал заниматься политикой в конце 80-х годов. С 1989 по 1992 год Алферов был народным депутатом СССР.
В 1995 году Жорес Алферов избрался депутатом Государственной думы второго созыва от движения "Наш дом - Россия" . В Госдуме Алферов возглавил подкомитет по науке Комитета по науке и образованию Госдумы.
Большую часть времени Алферов состоял во фракции "Наш дом - Россия", но в апреле 1999 года вошел в депутатскую группу "Народовластие".
В 1999 году Алферов вновь избрался депутатом Госдумы третьего, а затем в 2003 году - и четвертого созывов, проходя по партийным спискам , не являясь членом партии. В Госдуме Алферов продолжал состоять в парламентском комитете по образованию и науке.
В 2001-2005 годах Алферов возглавлял президентскую комиссию по ввозу отработавшего ядерного топлива.
В 2007 году Алферов избрался депутатом Государственной думы пятого созыва от партии КПРФ, став старейшим депутатом нижней палаты. С 2011 года Алферов - депутат Государственной думы шестого созыва от партии КПРФ.
В 2013 году баллотировался на пост президента РАН и, получив 345 голосов, занял второе место.
В апреле 2015 года Жорес Алферов вернулся в состав Общественного совета при Министерстве образования и науки РФ . Алферов оставил пост председателя общественного совета при Минобре в марте 2013 года.
Ученый заявил, что причиной ухода стали разногласия с министром по вопросу роли Российской академии наук. Он объяснял, что министр "совершенно иначе говорил о роли и значении РАН ". Также Нобелевский лауреат считал, что Ливанов либо не понимает традиций эффективного сотрудничества РАН и вузов, либо "сознательно пытается разорвать науку и образование ".
Доходы
Согласно декларации Жореса Алферова, в 2012 году он заработал 17 144 258,05 рублей. Он владеет двумя земельными участками площадью 12 500,00 кв. м, двумя квартирами площадью 216,30 кв. м, дачей площадью 165,80 кв. м и гаражом.
Слухи
После начавшейся в 2013 году реформы РАН Алферова называли главным ее противником. При этом сам Алферов так не подписал заявление ученых, вошедших в Клуб "1 июля" , его имени нет под Обращением российских ученых к высшим руководителям РФ.
В июле 2007 года Жорес Алферов стал одним из авторов обращения академиков РАН к президенту России Владимиру Путину , в котором ученые выступили против "возрастающей клерикализации российского общества": академики выступили против внесения специальности "теология" и против введения обязательного школьного предмета "Основы православной культуры".
Дата рождения: 15 марта 1930 года
Место рождения: Витебск, СССР
Дата смерти: 2 марта 2019 года
Алфёров Жорес Иванович – именитый физик времен СССР и современной России. Также Жорес Алферов является Лауреатом Ленинской и Нобелевской премий.
Жорес появился на свет в Белоруссии, в 1930 году. Отец его имел военное прошлое, и семья постоянно переезжала. До войны мальчик успел пожить в Барнауле, в Новосибирске и даже Сталинграде.
С началом войны отец мальчика был направлен в Туринск и назначен директором завода по изготовлению целлюлозно-бумажных изделий. После Победы было решено возвратиться в столицу Белоруссии.
Там Жорес получил среднее образование в единственной в городе школе для мальчиков, закончил ее с золотой медалью, и, по совету своего преподавателя, несколько семестров проучился на энергетика в Политехническом институте Минска.
Именно встреча с преподавателем физики Я. Мельцерзоном, увлеченным своей работой и сумевшим предать эту страсть мальчишкам, стала определяющей в жизни мальчика.
Затем, возможно поняв свое предназначение, молодой человек отправился поступать в Ленинград, в электротехнический институт. Поступил он без экзаменов и вскоре уже стал сотрудником физической лаборатории.
Под руководством В.Туркевича молодой ученый участвовал в разработке транзисторов, первых на то момент. Успехи в работе помогли ученому стать кандидатом наук. Параллельно с научной работой он вел активную политическую работу и хозяйственную деятельность.
Через некоторое время уже под начало ученого работали несколько физиков. Команда занималась полупроводниками и их физическими свойствами. Именно за эти труды заложили основу для получения Нобелевской премии.
Продолжением стали работы, посвященные узкой отрасли гетеропереходов, связанных с полупроводниками. Итогом стала докторская степень.
Через два года ученый стал профессором и вскоре после этого – завкафедрой ЛЭТИ. С начала 90-х годов прошлого века он стал одним из лучших специалистов в наноструктурах, таких как квантовые проволоки и точки, а параллельно возглавил ФТИ.
Там он работал до начала 2000-х, вместе с тем занимая высокую научно-руководящую должность. У ученого всегда хорошо получалось совмещать несколько должностей в различных технических и научных учреждениях, в том числе Российской Академии наук. Был он и редактором специализированного научного журнала.
В настоящее время является одним из консультантов «Сколкова» и занимается созданным им фондом, поддерживающим талантливую в науке молодежь.
Достижения Жореса Алферова:
Участвовал в улучшении полупроводниковых структур и изобрел совершенно новые приборы с их применением
Имеет множество научных званий как Российских, так и зарубежных
Владелец Нобелевской премии
Многие изобретения получили широкое промышленное применение
Написал более полутысячи научных работ
Даты из биографии Жореса Алферова:
1930 г. появился на свет
1953 г. начал работу в физической лаборатории
1961 г. стал кандидатом физико-математических наук
1972 г. стал профессором
1987 стал директором ФТИ
1988 г. декан одного из факультетов СПбГПУ
2003 г. оставил директорский пост ФТИ
Интересные факты Жореса Алферова:
Старший брат, Маркс, погиб во время войны.
По отзывам знакомых, после получения высоких премий характер ученого не изменился, и он остался таким же доброжелательным и добродушным.
Является единственным живущим в России лауреатом «Нобелевки» по информационным и коммуникационным технологиям.
Является депутатом Госдумы.
Неоднократно резко высказывался о проводимых в стране научных реформах.
Стал организатором фонда для поддержки талантливых молодых ученых, отдав на это часть своей денежной премии.
Свое имя получил в честь французского антиколониалиста и антимилитариста.
Королевская академия наук Швеции опубликовала имена ученых, которым присуждалась Нобелевская премия по физике. Премии были удостоены Ж.И. Алферов (Россия) и Г. Кремер (США) за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники. В публикуемой краткой биографической справке о лауреатах указывается высшее учебное заведение, которое окончил лауреат. Таким образом, весь мир узнал, что Нобелевский лауреат Жорес Иванович Алферов окончил Ленинградский электротехнический институт имени В.И. Ульянова (Ленина).
Ж.И. АЛФЕРОВ: СТУДЕНТ, ПРОФЕССОР - НОБЕЛЕВСКИЙ ЛАУРЕАТ
10 октября 2000 г. Королевская академия наук Швеции опубликовала имена ученых, которым присуждалась Нобелевская премия по физике. Премии были удостоены Ж.И. Алферов (Россия) и Г. Кремер (США) за развитие полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной и оптоэлектроники. В публикуемой краткой биографической справке о лауреатах указывается высшее учебное заведение, которое окончил лауреат. Таким образом, весь мир узнал, что Нобелевский лауреат Жорес Иванович Алферов окончил Ленинградский электротехнический институт имени В.И. Ульянова (Ленина).
Студент Жорес Алферов учился на факультете электронной техники и закончил его в 1952 г., получив диплом с отличием. Годы учебы Ж.И. Алферова в ЛЭТИ совпали с началом студенческого строительного движения. В 1949 г. он в составе студенческого отряда участвовал в строительстве Красноборской ГЭС - одной из первых сельских электростанций Ленинградской области.
Еще в студенческие годы Ж.И. Алферов начал свой путь в науке. Под руководством доцента кафедры основ электровакуумной техники Наталии Николаевны Созиной он занимался исследованиями полупроводниковых пленочных фотоэлементов. Его доклад на институтской конференции студенческого научного общества (СНО) в 1952 г. был признан лучшим, и за него он получил первую в своей жизни научную премию - поездку на строительство Волго-Донского канала. Несколько лет он являлся председателем СНО факультета электронной техники.
После окончания ЛЭТИ
Ж.И. Алферов был направлен на работу в Ленинградский физико-технический
институт и стал работать в лаборатории В.М. Тучкевича. Здесь при участии Ж.И. Алферова
были разработаны первые советские транзисторы.
В начале 60-х годов Ж.И. Алферов начал заниматься проблемой гетеропереходов. Открытие Ж.И. Алферовым идеальных гетеропереходов и новых физических явлений -«сверхинжекции», электронного и оптического ограничения в гетероструктурах -позволило кардинально улучшить параметры большинства известных полупроводниковых приборов и создать принципиально новые, особенно перспективные для применения в оптической и квантовой электронике.
Своими открытиями Ж.И. Алферов заложил основы современной информационной техники, в основном через разработку быстрых транзисторов и лазеров. Созданные на базе исследований Ж.И. Алферова приборы и устройства буквально произвели научную и социальную революцию. Это лазеры, передающие информационные потоки посредством оптоволоконных сетей Интернета, это технологии, лежащие в основе мобильных телефонов, устройства, декорирующие товарные ярлыки, запись и воспроизведение информации CD-дисков и многое другое.
Под научным руководством Ж.И. Алферова были выполнены исследования солнечных элементов на основе гетероструктур, что привело к созданию фотоэлектрических преобразователей солнечного излучения в электрическую энергию, коэффициент полезного действия которых приблизился к теоретическому пределу. Они оказались незаменимыми для энергообеспечения космических станций, а в настоящее время рассматриваются как один из основных альтернативных источников энергии взамен убывающим запасам нефти и газа.
Благодаря
фундаментальным работам Ж.И. Алферова были созданы светодиоды на гетероструктурах.
Светодиоды белого света благодаря своей высокой надежности и эффективности
рассматриваются как источники освещения нового типа и в ближайшем будущем заменят
традиционные лампы накаливания, что будет сопровождаться гигантской экономией
электроэнергии.
К числу научных направлений, которые активно развивает Ж.И. Алферов, относится разработка лазеров на основе квантовых точек. Использование массивов таких квантовых точек позволяет снизить электропотребление лазеров, а также повысить стабильность их характеристик при увеличении температуры. Первый в мире лазер на квантовых точках создан группой ученых, работающих под руководством Ж.И. Алферова. Характеристики этих приборов постоянно улучшаются, и сегодня они по многим показателям превосходят все типы полупроводниковых лазеров.
Академик Ж.И. Алферов прекрасно понимает, что наука и образование неразделимы. Поэтому он целенаправленно формирует систему подготовки научных кадров по новейшим направлениям науки и техники, основанную на широком привлечении к учебному процессу академических институтов и ведущих ученых РАН.
В 1973 г. академик
Ж.И. Алферов, используя непрекращающуюся тесную связь с ЛЭТИ, создает и
возглавляет на своем родном факультете электронной техники первую в стране базовую кафедру
в ФТИ им. А.Ф. Иоффе, преподавателями которой становятся известные ученые.
Система подготовки научных кадров на базовой кафедре дала прекрасные результаты.
Когда в 2003 г. отмечалось тридцатилетие кафедры, то были приведены следующие
данные. За 30 лет кафедра выпустила около шестисот высококвалифицированных
специалистов, подавляющее большинство которых стало работать в ФТИ им.
А.Ф. Иоффе. Более четырехсот человек защитили кандидатские диссертации, свыше
тридцати - докторские, а Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов и А.Е. Жуков стали
членами-корреспондентами РАН.
Организация кафедры оптоэлектроники явилась началом деятельности Ж.И. Алферова по созданию целостной образовательной структуры. В 1987 г. он создает физико-технический лицей, в 1988 г. — организует физико-технический факультет в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете, деканом которого он является. В 2002 г. по инициативе Ж.И. Алферова постановлением президиума РАН создан Академический физико-технологический университет, который в 2006 г. получил статус государственного учреждения высшего профессионального образования. Созданные образовательные и научно-исследовательские структуры в 2009 г. были объединены и получили название Санкт-Петербургский академический университет -научно-образовательный центр нанотехнологий РАН. Входящие в него подразделения размещены в прекрасных зданиях, построенных благодаря усилиям Ж.И. Алферова.
Академик Ж.И. Алферов
делает все от него зависящее, чтобы поддержать международный авторитет российской
науки. По его предложению президент Российской Федерации своим указом установил
международную премию «Глобальная энергия», которая ежегодно присуждается троим российским
и иностранным ученым, внесшим выдающийся вклад в развитие энергетики.
По инициативе и под председательством Ж.И. Алферова проводится Санкт-Петербургский научный форум «Наука и общество». В рамках этого форума первая встреча Нобелевских лауреатов «Наука и прогресс человечества» состоялась в год трехсотлетия Санкт-Петербурга. В ней приняли участие 20 Нобелевских лауреатов в области физики, химии, физиологии и медицины, экономики. Начиная с 2008 г. встречи Нобелевских лауреатов стали ежегодными. Форум 2008 г. был посвящен нанотехнологиям. Форум 2009 г. Темой форума были информационные технологии. Тема форума 2010 г. - экономика и социология в XXI веке.
Академик Ж.И. Алферов
- крупнейший советский российский ученый, автор более 500 научных трудов,
свыше 50 изобретений. Его работы получили мировое признание, вошли в учебники.
Труды Ж.И. Алферова отмечены Нобелевской премией, Ленинской и Государственными
премиями СССР и России, премией им. А.П. Карпинского (ФРГ), Демидовской
премией, премией им. А.Ф. Иоффе и золотой медалью А.С. Попова (РАН), Хьюлетт-Паккардовской
премией Европейского физического общества, медалью Стюарта Баллантайна
Франклинского института (США), премией Киото (Япония), многими орденами и медалями
СССР, России и зарубежных стран.
Жорес Иванович избран пожизненным членом института Б. Франклина и иностранным членом Национальной академии наук и Национальной инженерной академии США, иностранным членом академий наук Беларуси, Украины, Польши, Болгарии и многих других стран. Он является почетным гражданином Санкт-Петербурга, Минска, Витебска и других городов России и зарубежья. Почетным доктором и профессором его избрали ученые советы многих университетов России, Японии, Китая, Швеции, Финляндии, Франции и других стран.
Все эти награды и звания заслуженно увенчали труд не только исследователя, но и организатора науки. Пятнадцать лет Ж.И. Алферов возглавлял прославленный Физико-технический институт А.Ф. Иоффе РАН. Вот уже более двадцати лет Жорес Иванович бессменный председатель Санкт-Петербургского научного центра РАН, главной задачей которого является координация научной деятельности всех петербургских академических институтов. Ж.И. Алферов - вице-президент РАН.
Профессор Быстров Ю.А.
В марте этого года академику Жоресу Ивановичу Алфёрову, нобелевскому лауреату и члену редколлегии журнала «Экология и жизнь», исполнилось 80 лет. А в апреле пришло известие о том, что Жореса Ивановича назначают научным руководителем инновационного проекта «Сколково». Этот важный проект должен, по сути, создать прорыв в будущее, вдохнув новую жизнь в отечественную электронику, у истоков развития которой и стоял Ж. И. Алфёров.
В пользу того, что прорыв возможен, говорит история: когда в 1957 г. в СССР был запущен первый спутник, США оказались в положении аутсайдера. Однако американское правительство проявило бойцовский характер, были брошены такие ассигнования в технологию, что число исследователей быстро достигло миллиона! Буквально на следующий год (1958) один из них, Джон Килби, изобрел интегральную схему, заменившую печатную плату в обычных ЭВМ - и родилась микроэлектроника современных компьютеров. Эта история впоследствии получила название «эффект спутника».
Жорес Иванович очень внимательно относится к воспитанию будущих исследователей, недаром он основал НОЦ - учебный центр, где подготовка ведется со школьной скамьи. Поздравляя Жореса Ивановича с юбилеем, заглянем в прошлое и будущее электроники, где эффект спутника должен не раз проявиться вновь. Хочется надеяться, что и в будущем нашей страны, как когда-то в США, будет накоплена «критическая масса» подготовленных исследователей - для возникновения эффекта спутника.
«Технический» свет
Первым шагом к созданию микроэлектроники был транзистор. Пионерами транзисторной эры стали Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн, которые в 1947 г. в «Bell Labs » впервые создали действующий биполярный транзистор. А второй компонентой полупроводниковой электроники стал прибор для прямого преобразования электричества в свет - это полупроводниковый оптоэлектронный преобразователь, к созданию которого Ж. И. Алфёров имел непосредственное отношение.
Задача прямого преобразования электричества в «технический» свет - когерентное квантовое излучение - оформилась как направление квантовой электроники, родившейся в 1953–1955 гг. По сути, ученые поставили и решили задачу получения совершенного нового вида света, которого раньше не было в природе. Это не тот свет, который льется непрерывным потоком при прохождении тока по вольфрамовой нити или приходит в течение дня от Солнца и состоит из случайной смеси волн разной длины, не согласованных по фазе. Другими словами, был создан свет строго «дозированный», полученный как набор из определенного числа квантов с заданной длиной волны и строго «построенный» - когерентный, т. е. упорядоченный, что означает одновременность (синфазость) излучения квантов.
Приоритет США по транзистору был определен огромной ношей Отечественной войны, навалившейся на нашу страну. На этой войне погиб старший брат Жореса Ивановича, Маркс Иванович.
Маркс Алфёров окончил школу 21 июня 1941 г. в Сясьстрое. Поступил в Уральский индустриальный институт на энергетический факультет, но проучился лишь несколько недель, а потом решил, что его долг - защищать Родину. Сталинград, Харьков, Курская дуга, тяжелое ранение в голову. В октябре 1943 г. он провел три дня с семьей в Свердловске, когда после госпиталя возвращался на фронт.
Три дня, проведенные с братом, его фронтовые рассказы и страстную юношескую веру в силу науки и инженерной мысли 13-летний Жорес запомнил на всю жизнь. Гвардии младший лейтенант Маркс Иванович Алфёров погиб в бою во «втором Сталинграде» - так называли тогда Корсунь-Шевченковскую операцию.
В 1956 г. Жорес Алфёров приехал на Украину, чтобы найти могилу брата. В Киеве, на улице, он неожиданно встретил своего сослуживца Б. П. Захарченю, ставшего впоследствии одним из ближайших его друзей. Договорились поехать вместе. Купили билеты на пароход и уже на следующий день плыли вниз по Днепру к Каневу в двухместной каюте. Нашли деревню Хильки, около которой советские солдаты, в числе которых был и Маркс Алфёров, отражали яростную попытку отборных немецких дивизий выйти из корсунь-шевченковского «котла». Нашли братскую могилу с белым гипсовым солдатом на постаменте, высящемся над буйно разросшейся травой, в которую были вкраплены простые цветы, какие обычно сажают на русских могилах: ноготки, анютины глазки, незабудки.
К 1956 г. Жорес Алфёров уже работал в Ленинградском физико-техническом институте, куда он мечтал попасть еще во время учебы. Большую роль в этом сыграла книга «Основные представления современной физики», написанная Абрамом Федоровичем Иоффе - патриархом отечественной физики, из школы которого вышли практически все физики, составившие впоследствии гордость отечественной физической школы: П. Л. Капица, Л. Д. Ландау, И. В. Курчатов, А. П. Александров, Ю. Б. Харитон и многие другие. Жорес Иванович много позже писал, что его счастливая жизнь в науке была предопределена его распределением в Физтех, впоследствии получивший имя Иоффе.
Систематические исследования полупроводников в Физико-техническом институте были начаты еще в 30-е годы прошлого века. В 1932 г. В. П. Жузе и Б. В. Курчатов исследовали собственную и примесную проводимость полупроводников. В том же году А. Ф. Иоффе и Я. И. Френкель создали теорию выпрямления тока на контакте металл-полупроводник, основанную на явлении туннелирования. В 1931 и 1936 г. Я. И. Френкель опубликовал свои знаменитые работы, в которых предсказал существование экситонов в полупроводниках, введя этот термин и разработав теорию экситонов. Теория выпрямляющего р–n-перехода, легшая в основу р–n-перехода В. Шокли, создавшего первый транзистор, была опубликована Б. И. Давыдовым, сотрудником Физтеха, в 1939 г. Нина Горюнова, аспирантка Иоффе, защитившая в 1950 г. диссертацию по интерметаллическим соединениям, открыла полупроводниковые свойства соединений 3-й и 5-й групп периодической системы (далее А 3 В 5). Именно она создала фундамент, на котором начались исследования гетероструктур этих элементов. (На Западе отцом полупроводников А 3 В 5 считается Г. Велькер.)
Самому Алфёрову поработать под руководством Иоффе не довелось - в декабре 1950 г., во время кампании по «борьбе с космополитизмом», Иоффе был снят с поста директора и выведен из состава Ученого совета института. В 1952 г. он возглавил лабораторию полупроводников, на базе которой в 1954 г. был организован Институт полупроводников АН СССР.
Заявку на изобретение полупроводникового лазера Алфёров подал совместно с теоретиком Р. И. Казариновым в разгар поисков полупроводникового лазера. Эти поиски шли с 1961 г., когда Н. Г. Басов, О. Н. Крохин и Ю. М. Попов сформулировали теоретические предпосылки его создания. В июле 1962 г. американцы определились с полупроводником для генерации - это был арсенид галлия, а в сентябре-октябре лазерный эффект получили сразу в трех лабораториях, первой оказалась группа Роберта Холла (24 сентября 1962 г.). И через пять месяцев после публикации Холла была подана заявка на изобретение Алфёрова и Казаринова, от которой ведется отсчет занятиям гетероструктурной микроэлектроникой в Физтехе.
Группа Алфёрова (Дмитрий Третьяков, Дмитрий Гарбузов, Ефим Портной, Владимир Корольков и Вячеслав Андреев) несколько лет билась над поиском подходящего для реализации материала, пытаясь изготовить его самостоятельно, но нашла подходящий сложный трехкомпонентный полупроводник почти случайно: в соседней лаборатории Н. А. Горюновой. Однако это была «неслучайная» случайность - поиск перспективных полупроводниковых соединений Нина Александровна Горюнова вела направленно, а в вышедшей в 1968 г. монографии сформулировала идею «периодической системы полупроводниковых соединений». Полупроводниковое соединение, созданное в ее лаборатории, обладало необходимой для генерации стабильностью, что определило успех «предприятия». Гетеролазер на этом материале был создан в канун 1969 г., а приоритетной датой на уровне обнаружения лазерного эффекта является 13 сентября 1967 г.
Новые материалы
На фоне развернувшейся с начала 60-х годов лазерной гонки почти незаметно возникли светодиоды, которые тоже производили свет заданного спектра, но не обладающий строгой когерентностью лазера. В результате сегодняшняя микроэлектроника включает такие основные функциональные приборы, как транзисторы и их конгломераты - интегральные микросхемы (тысячи транзисторов) и микропроцессоры (от десятков тысяч до десятков миллионов транзисторов), тогда как по сути отдельную ветвь микроэлектроники - оптоэлектронику - составили приборы, построенные на основе гетероструктур по созданию «технического» света - полупроводниковые лазеры и светодиоды. С использованием полупроводниковых лазеров связана новейшая история цифровой записи - от обычных CD-дисков до знаменитой сегодня технологии Blue Ray на нитриде галлия (GaN).
Светодиод, или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED - англ. Light-emitting diode ), - полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава использованного в нем полупроводника.
Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 г. в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк. Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Поэтому в ход пошли такие материалы, как GaAs, InP, InAs, InSb, являющиеся прямозонными полупроводниками. В то же время многие полупроводниковые материалы типа А 3 В Е образуют между собой непрерывный ряд твердых растворов - тройных и более сложных (AI x Ga 1- x N и In x Ga 1- x N, GaAs x P 1- x , Ga x In 1- x P, Ga x In 1- x As y P 1- y и т. п.), на основе которых и сформировалось направление гетероструктурной микроэлектроники.
Наиболее известное применение светодиодов сегодня - замена ламп накаливания и дисплеев мобильных телефонов и навигаторов.
Общая идея дальнейшего развития «технического света» - создание новых материалов для светодиодной и лазерной техники. Эта задача неразрывна с проблемой получения материалов с определенными требованиями, предъявляемыми к электронной структуре полупроводника. И главным из этих требований является строение запрещенной зоны полупроводниковой матрицы, используемой для решения той или иной конкретной задачи. Активно ведутся исследования сочетаний материалов, которые позволяют достигать заданных требований к форме и размерам запрещенной зоны.
Составить представление о многосторонности этой работы можно, взглянув на график, по которому можно оценить многообразие «базовых» двойных соединений и возможности их сочетаний в композиционных гетероструктурах.
Принимаем тысячи солнц!
История технического света была бы неполна, если бы наряду с излучателями света не шла разработка его приемников. Если работы группы Алфёрова начались с поисков материала для излучателей, то сегодня один из членов этой группы, ближайший сотрудник Алфёрова и его давний друг профессор В. М. Андреев вплотную занимается работой, связанной с обратным превращением света, причем именно тем превращением, которое используется в солнечных элементах. Идеология гетероструктур как комплекса материалов с заданной шириной запрещенной зоны нашла активное применение и здесь. Дело в том, что солнечный свет состоит из большого количества световых волн различной частоты, в чем как раз и состоит проблема его полного использования, так как материала, который смог бы одинаково преобразовывать свет различной частоты в электрическую энергию, не существует. Получается, что любая кремниевая солнечная батарея преобразует не весь спектр солнечного излучения, а только его часть. Что делать? «Рецепт» обманчиво прост: изготовить слоеный пирог из различных материалов, каждый слой которого реагирует на свою частоту, но в то же время пропускает все остальные частоты без значимого ослабления.
Это дорогая структура, так как в ней должны быть не только переходы различной проводимости, на которые падает свет, но и множество вспомогательных слоев, например, для того чтобы получаемую ЭДС можно было снять для дальнейшего использования. По сути, «сэндвич»-сборка из нескольких электронных приборов. Использование ее оправдано более высоким КПД «сэндвичей», который эффективно использовать вкупе с солнечным концентратором (линзой или зеркалом). Если «сэндвич» позволяет поднять КПД по сравнению с кремниевым элементом, например, в 2 раза-с 17 до 34%, то за счет концентратора, увеличивающего плотность солнечного излучения в 500 раз (500 солнц), можно получить выигрыш в 2 × 500 = 1000 раз! Это выигрыш в площади самого элемента, т. е. материала надо в 1000 раз меньше. Современные концентраторы солнечного излучения измеряют плотность излучения в тысячах и десятках тысяч «солнц», сконцентрированных на одном элементе.
Другой из возможных способов - получение материала, который может работать хотя бы на двух частотах или, точнее, с более широким диапазоном солнечного спектра. В начале 1960-х была показана возможность «мультизонного» фотоэффекта. Это своеобразная ситуация, когда наличие примесей создает полосы в запрещенной зоне полупроводника, что позволяет электронам и дыркам «прыгать через пропасть» в два или даже в три прыжка. В результате можно получить фотоэффект для фотонов с частотой 0,7, 1,8 или 2,6 эВ, что, конечно, значительно расширяет спектр поглощения и увеличивает КПД. Если ученым удастся обеспечить генерацию без существенной рекомбинации носителей на тех же примесных полосах, то КПД таких элементов может достигать 57%.
С начала 2000-х в этом направлении ведутся активные исследования под руководством В. М. Андреева и Ж. И. Алфёрова.
Есть еще интересное направление: поток солнечного света сначала расщепляется на потоки различных диапазонов частот, каждый из которых затем направляется на «свои» ячейки. Такое направление тоже может считаться перспективным, так как при этом исчезает последовательное соединение, неизбежное в «сэндвич»-структурах типа изображенной выше, лимитирующее ток элемента наиболее «слабым» (в это время дня и на данном материале) участком спектра.
Принципиальную важность имеет оценка соотношения солнечной и атомной энергетики, высказанная Ж. И. Алфёровым на одной из недавних конференций: «Если бы на развитие альтернативных источников энергии было затрачено только 15% средств, брошенных на развитие атомной энергетики, то АЭС для производства электроэнергии в СССР вообще не потребовались бы!»
Будущее гетероструктур и новые технологии
Интересна и другая оценка, отражающая точку зрения Жореса Ивановича: в XXI веке гетероструктуры оставят только 1% для использования моноструктур, т. е. вся электроника уйдет от таких «простых» веществ, как кремний с чистотой 99,99–99,999%. Цифры - это чистота кремния, измеряемая в девятках после запятой, но этой чистотой уже лет 40 как никого не удивить. Будущее электроники, полагает Алфёров, - это соединения из элементов A 3 B 5 , их твердых растворов и эпитаксиальных слоев различных сочетаний этих элементов. Конечно, нельзя утверждать, что простые полупроводники типа кремния не могут найти широкого применения, но все же сложные структуры дают значительно более гибкий ответ на запросы современности. Уже сегодня гетероструктуры решают проблему высокой плотности информации для оптических систем связи. Речь идет об OEIC (optoelectronic integrated circuit ) - оптоэлектронной интегральной схеме. Основу любой оптоэлектронной интегральной микросхемы (оптопары, оптрона) составляют инфракрасный излучающий диод и оптически согласованный с ним приемник излучения, что дает простор формальной схемотехнике для широкого использования этих устройств в качестве приемо-передатчиков информации.
Кроме того, ключевой прибор современной оптоэлектроники - ДГС-лазер (ДГС - двойная гетероструктура) - продолжает совершенствоваться и развиваться. Наконец, сегодня именно высокоэффективные быстродействующие светодиоды на гетероструктурах обеспечивают поддержку технологии высокоскоростной передачи данных HSPD (High Speed Packet Data service ).
Но самое главное в выводе Алфёрова не эти разрозненные применения, а общее направление развития техники XXI века - получение материалов и интегральных схем на основе материалов, обладающих точно заданными, рассчитанными на много ходов вперед свойствами. Эти свойства задаются путем конструкторской работы, которая ведется на уровне атомной структуры материала, определяемой поведением носителей заряда в том особом регулярном пространстве, которое представляет собой внутренность кристаллической решетки материала. По сути эта работа - регулирование числа электронов и их квантовых переходов - ювелирная работа на уровне конструирования постоянной кристаллической решетки, составляющей величины нескольких ангстрем (ангстрем - 10 –10 м, 1 нанометр = 10 ангстрем). Но сегодня развитие науки и техники - это уже не тот путь вглубь вещества, каким он представлялся в 60-е годы прошлого века. Сегодня во многом это движение в обратном направлении, в область наноразмеров - например, создание нанообластей со свойствами квантовых точек или квантовых проволок, где квантовые точки линейно связаны.
Естественно, нанообъекты - лишь один из этапов, которые проходят в своем развитии наука и техника, и на нем они не остановятся. Надо сказать, что развитие науки и техники путь далеко не прямолинейный, и если сегодня интересы исследователей сместились в сторону увеличения размеров - в нанообласть, то завтрашние решения будут конкурировать в разных масштабах.
Например, возникшие на кремниевых чипах ограничения по дальнейшему увеличению плотности элементов микросхем можно решить двумя путями. Первый путь - смена полупроводника. Для этого предложен вариант изготовления гибридных микросхем, основанных на применении двух полупроводниковых материалов с различными характеристиками. В качестве наиболее перспективного варианта называется использование нитрида галлия совместно с кремниевой пластиной. С одной стороны, нитрид галлия обладает уникальными электронными свойствами, позволяющими создавать высокоскоростные интегральные микросхемы, с другой - использование кремния как основы делает такую технологию совместимой с современным производственным оборудованием. Однако подход со стороны наноматериалов содержит еще более новаторскую идею электроники одного электрона - одноэлектроники.
Дело в том, что дальнейшую миниатюризацию электроники - размещение тысяч транзисторов на подложке одного микропроцессора - ограничивает пересечение электрических полей при движении потоков электронов в расположенных рядом транзисторах. Идея в том, чтобы вместо потоков электронов использовать один-единственный электрон, который может двигаться в «индивидуальном» временном графике и поэтому не создает «очередей», снижая тем самым напряженность помех.
Если разобраться, то потоки электронов в общем-то и не нужны - для передачи управления можно подать как угодно малый сигнал, проблема заключается в том, чтобы его уверенно выделить (детектировать). И оказывается, что одноэлектронное детектирование технически вполне осуществимо - для этого используется туннельный эффект, который является для каждого электрона индивидуальным событием, в отличие от обычного движения электронов «в общей массе» - ток в полупроводнике является коллективным процессом. С точки зрения электроники туннельный переход - это перенос заряда сквозь конденсатор, поэтому в полевом транзисторе, где конденсатор стоит на входе, одиночный электрон можно «поймать» по частоте колебаний усиливаемого сигнала. Однако выделить этот сигнал в обычных устройствах удавалось только при криогенных температурах - повышение температуры разрушало условия детектирования сигнала. Но температура исчезновения эффекта оказалась обратно пропорциональной площади контакта, и в 2001 г. удалось сделать первый одноэлектронный транзистор на нанотрубке, в котором площадь контакта была так мала, что позволяла работать при комнатных температурах!
В этом отношении одноэлектроника повторяет путь, который прошли исследователи полупроводниковых гетеролазеров - группа Алфёрова билась как раз над тем, чтобы найти материал, который обеспечит эффект лазерной генерации при комнатной температуре, а не при температуре жидкого азота. А вот сверхпроводники, с которыми связаны самые большие надежды по передаче больших потоков электронов (силовых токов), пока не удается «вытащить» из области криогенных температур. Это не только существенно тормозит возможности снижения потерь при передаче энергии на большие расстояния - хорошо известно, что перенаправление потоков энергии по территории России в течение суток приводит к 30%-ным потерям на «нагрев проводов», - отсутствие «комнатных» сверхпроводников ограничивает развитие хранения энергии в сверхпроводящих кольцах, где движение тока может продолжаться практически вечно. Недостижимым пока идеалом создания таких колец служат обычные атомы, где движение электронов вокруг ядра порой устойчиво при самых высоких температурах и может продолжаться неограниченно долго.
Дальнейшие перспективы развития наук о материалах весьма разнообразны. Причем именно с развитием науки о материалах появилась реальная возможность прямого использования солнечной энергии, сулящая огромные перспективы возобновляемой энергетике. Порой именно такие направления работы определяют будущее лицо общества (в Татарии и Чувашии уже планируют «зеленую революцию» и всерьез разрабатывают создание биоэкоградов). Возможно, будущее этого направления состоит в том, чтобы от развития техники материалов шагнуть к пониманию принципов функционирования самой природы, встать на путь использования управляемого фотосинтеза, который может быть распространен в человеческом обществе так же широко, как и в живой природе. Речь уже идет об элементарной ячейке живой природы - клетке, и это следующий, более высокий этап развития после электроники с ее идеологией создания приборов для выполнения какой-то одной функции - транзистора для управления током, светодиода или лазера для управления светом. Идеология клетки - это идеология операторов как элементарных устройств, осуществляющих некий цикл. Клетка служит не изолированным элементом для выполнения какой-то одной функции за счет внешней энергии, но целой фабрикой по переработке доступной внешней энергии в работу поддержания циклов множества различных процессов под единой оболочкой. Работа клетки по поддержанию собственного гомеостазиса и накопления в ней энергии в виде АТФ - захватывающая проблема современной науки. Пока биотехнологи могут лишь мечтать о создании искусственного устройства со свойствами клетки, пригодного для использования в микроэлектронике. И когда это произойдет, несомненно, начнется новая эра микроэлектроники - эра приближения к принципам работы живых организмов, давняя мечта фантастов и давно придуманной науки бионики, все еще не вышедшей из колыбели биофизики.
Будем надеяться, что создание научного центра инноваций в Сколково сумеет реализовать нечто подобное «эффекту спутника» - открыть новые прорывные области, создать новые материалы и технологии электроники.
Пожелаем успеха Жоресу Ивановичу Алфёрову на посту научного руководителя этого нового научно-технологического агломерата. Хочется надеяться, что его энергия и настойчивость будут залогом успеха этого предприятия.
Запрещенная зона - область значений энергии, которыми не может обладать электрон в идеальном (бездефектном) кристалле. Характерные значения ширины запрещенной зоны в полупроводниках составляют 0,1–4 эВ. Примеси могут создать полосы в запрещенной зоне - возникает мультизона.
