Академик Роберт СУРЕС, директор отделения твердотельной электроники Физико-технического института им. А. Ф. Иоффе РАН,

доктор физико-математических наук Эдуард ТРОПП, главный ученый секретарь Санкт-Петербургского научного центра РАН

15 марта 2010 г. исполняется 80 лет академику Жоресу Ивановичу Алферову - выдающемуся физику, лауреату Нобелевской премии 2000 г.

Жорес Иванович родился в Витебске. Его родители, Иван Карпович и Анна Владимировна, уроженцы Белоруссии. Отец в 1912 г. приехал в Санкт-Петербург, работал грузчиком в порту, разнорабочим на конвертной фабрике, рабочим на заводе "Лесснер". В Первую мировую войну он - унтер-офицер лейб-гвардии гусарского полка, Георгиевский кавалер. В Гражданскую - командир кавалерийского полка Красной Армии. После того как Иван Карпович в 1935 г. закончил Промакадемию, семья следует за ним по адресам новых предприятий целлюлозно-бумажной промышленности: Сталинград, Новосибирск, Барнаул, Сясьстрой, Туринск.

Коммунистические убеждения отца сказались на выборе имен для сыновей. Жорес получил имя в честь основателя французской газеты "Юманите", а его старшего брата назвали Марксом. Маркс Алферов ушел на фронт в первые дни Великой Отечественной войны, сражался под Сталинградом, Харьковом, на Курской дуге и погиб в Корсунь-Шевченсковском сражении. Летом 1956 г. Жорес Алферов разыскал братскую могилу, в которой похоронен его старший брат, в украинской деревне Хильки. С тех пор он не раз приезжал туда, установил теплые отношения с местной школой.

Любовью к брату, воспоминаниями о нем навеян глубокий интерес Жореса Ивановича к истории сражений 1941 - 1945 гг. Жить "за того парня" для него значит обращаться к памяти брата в сложных коллизиях своей судьбы, когда необходим моральный выбор.

После войны Алферовы оказались в Минске, где Жорес закончил среднюю школу N 42. Там он встретил учителя физики Якова Борисовича Мельцерзона, влюбленного в свой предмет. Заразившись от него страстью к главной науке XX в., дополненной природным талантом и унаследованным от родителей умением работать, Жорес поступил в Ленинградский электротехнический институт им. В. И. Ульянова (Ленина). Следующая счастливая встреча - с преподавателем Натальей Николаевной Созиной - "сузила" интересы юного студента до физики полупроводников (и соответственно усилила интенсивность его увлечения). "Так, - пишет Алферов в своей автобиографии в 1950 г., - <...> полупроводники стали главным делом моей жизни". При распределении Жоресу повезло еще раз: ему досталось одно из трех направлений в "детский сад Иоффе" - Физико-технический институт. В той же "Автобиографии" сказано: "Я думаю, что моя счастливая жизнь в науке была предопределена этим удачным распределением".

Самого "папу Иоффе" Жорес Иванович в Физтехе не застал: академик был тогда отстранен от руководства созданного им института, он организовал Лабораторию полупроводников при Президиуме АН СССР, куда вслед за ним ушло большинство специалистов по этому направлению физики. Одной из немногочисленных оставшихся в Физтехе групп был коллектив, возглавляемый Владимиром Максимовичем Тучкевичем (академик с 1970 г.). В нем и началась научная работа Жореса Ивановича. "Как реликвию я храню лабораторный журнал того времени с моими записями о создании первого советского транзистора с p-n переходом 5 марта 1953 года", - вспоминает наш герой. В 1958 г. по инициативе академика Анатолия Петровича Александрова упомянутая группа разработала специальное полупроводниковое устройство (германиевый вентиль) для первой советской атомной подводной лодки*, и в 1959 г. Алферов получил свой первый орден.

В 1961 г. Алферов защитил кандидатскую диссертацию. Следующий жизненный выбор - тематику будущих научных исследований - предстояло сделать ему самому. Диссертация была посвящена однородным (гомо-) и состоящим из одного химического элемента полупроводникам - германию и кремнию. Отметим, в начале 1950-х годов физтеховцы Нина Горюнова и Анатолий Регель (и одновременно с ними Велькер в США) открыли полупроводниковые свойства соединения элементов третьей и пятой групп таблицы Менделеева, известных с тех пор как A^III B^V. Вскоре появилась идея использовать неоднородные по составу (гетеро-) полупроводники.

Логика кандидатской диссертации подсказала Жоресу Ивановичу идею двойной гетерополупроводниковой структуры (ДГС), а затем возник титанический замысел. Его друг с первых лет работы в Физтехе Борис Захарченя** (академик с 1992 г.) так описал алферовскую "эврику" в эссе "Небольшая сага о Жоресе Алферове": "После того как Жорес с командой своих сотрудников сделал первый лазер на гетеропереходе, он говорил мне: "Боря, я гетеропереходирую всю полупроводниковую микроэлектронику!".

Трудности на избранном Алферовым пути были хорошо известны: из-за различия кристаллических решеток по разные стороны от гетерограницы в ее окрестности возникают дефекты структуры - дислокации, ухудшающие параметры прибора и способствующие его быстрому "старению" (деградации). Доброжелательно настроенные коллеги, включая шефа - заведующего лабораторией Тучкевича, отговаривали Жореса Ивановича от безнадежных занятий гетеропереходами. И впоследствии сам Владимир Максимович неоднократно вспоминал об этом в речах и тостах, подчеркивая научную смелость и интуицию своего ученика.

Начинать пришлось с азов. Алферов попросил теоретика Рудольфа Казаринова прочесть ему лекцию о принципах работы лазера. В результате обсуждения ими 30 марта 1963 г. была подана заявка на изобретение полупроводникового лазера на основе гетеропереходов и в 1966 г. было получено авторское свидетельство. Несмотря на простоту и прозрачность идеи, ее практическая реализация была сопряжена с очень большими трудностями. Правда, перенести эти принципы на случай гетерополупроводника в теории оказалось нетрудно. Сложнее было реализовать идею практически. "Первоначально наши попытки создать ДГС были связаны с решеточно-несогласованной системой галлий-мышьяк-фосфор. Мы успешно изготовили первые лазеры на основе ДГС в этой системе методом газофазной эпитаксии (ГФЭ). Однако из-за несоответствия параметров решетки лазерная генерация, как и в лазерах на гомопереходах, могла осуществляться только при температуре жидкого гелия", - так рассказал сам Жорес Иванович в нобелевской лекции в 2000 г. В эссе же Захарчени читаем: "Первый лазер работал недолго - он быстро деградировал. Жорес признавался, что времени его работы хватило настолько, чтобы измерить параметры, необходимые для написания статьи".

Предстояло искать идеальную гетеропару. Перспективными были системы алюминий-мышьяк-галлий-мышьяк, но, к сожалению, было известно, что AlAs химически нестабилен. "Я хорошо помню эти поиски, - читаем мы у Захарчени, - они отдаленно напоминали мне любимую мной в юности повесть Стефана Цвейга "Подвиги Магеллана". Когда я заходил к Алферову в

* См.: Ж. Алферов, А. Родионов. Флот - на службе Отечества. - Наука в России, 2003. N 1 (прим. ред.).

** См.: Б. Захарченя. Игра света в кристаллах. - Наука в России, 2003, N 3 (прим. ред.).

его маленькую рабочую комнату, она вся была завалена рулонами миллиметровой бумаги, на которой неутомимый Жорес с утра до вечера чертил диаграммы в поисках сопрягающихся кристаллических решеток. Это было похоже на описанные Цвейгом фантастические усилия Магеллана, искавшего на старых портольнах (старинных географических картах) свой paso - пролив между Атлантическим и Тихим океаном, в который он уверовал, и ожидал, что именно этот paso откроет необозримые горизонты для новых находок".

Усилия Алферова и его команды были вознаграждены, как и полагается в таких случаях, неожиданно. "Карта Магелланова пролива", если использовать метафору Бориса Петровича, или "ньютоново яблоко", если прибегнуть к еще более известной метафоре, обнаружилась... в рабочем столе сотрудника Алферова, Дмитрия Третьякова. В конце 1966 г. он сообщил Алферову, что с мелкими кристаллами твердых растворов Al_xGa_{l- x}As различных составов (различных x), полученными два года назад путем охлаждения из расплава и положенными другим его товарищем Александром Борщевским в стол, ничего за все время не случилось. В нобелевской речи Алферова читаем: "Когда мы опубликовали первую работу на эту тему, мы были счастливы считать себя первыми, кто обнаружил уникальную, фактически идеальную, решеточно-согласованную систему для GaAs, но, как это часто случается, одновременно и независимо такие же результаты были получены Рупрехтом и Вудолом в Исследовательском центре Уотсона корпорации IBM". Началась сумасшедшая гонка. Следующим промежуточным финишем был непрерывный режим лазерной генерации при комнатной температуре. Группа Алферова сообщила об этом результате в мае 1970 г. Ицуо Хаяши и Мортон Паниш отправили статью на месяц позже.

Этот результат произвел колоссальное впечатление на физическое сообщество и резко увеличил число лабораторий, где проводились исследования III-V-гетероструктур и приборов на их основе. К метафоре географической карты прибегает и Жорес Иванович, описывая прогресс в этой области. Он называет картой гетеромира диаграмму в координатах ширина запрещенной зоны - постоянная решетки. Первыми точками на этой карте были GaAs и AlAs. С начала 1970-х годов карта стала стремительно заполняться. Пожалуй, теперь она больше похожа на карту звездного неба.

Прибежать первыми в гонке за полупроводниковый гетеролазер было непросто, еще труднее было удержаться в группе лидеров, когда число участников и скорость увеличились, а направление движения стало часто и неожиданно меняться. Ускорение было связано с появлением новых технологий выращивания гетероструктур: методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ), а также способом газофазной эпитаксии из паров металлоорганических соединений. Изменение направления определялось ограничением движения электронов в среднем узкозонном слое. По законам квантовой механики это приводило к так называемому расщеплению энергетического спектра на дискретные уровни. Сначала появилось ограничение в одном направлении, физики назвали такую структуру квантовой ямой, затем - в двух (квантовая проволока) и наконец - во всех трех (квантовая точка, представляющая собой по существу искусственный атом).

Безусловно, самая трудная часть этой работы в советских условиях была технологическая: необходимо было исхитриться и не отстать по уровню технологии от западных коллег. Здесь Алферов применял разные методы: "стимулирование" разработок первых советских установок молекулярно-лучевой эпитаксии в Научно-исследовательском технологическом институте электронной промышленности, совместную разработку установок МЛЭ в Научно-технологическом объединении Академии наук (Ленинград), сотрудничество с иностранными партнерами - Берлинским техническим университетом или шведской фирмой "Эпиквин".

Длящийся в течение нескольких десятилетий научный марафон ставил и еще одну сложную проблему - кадровую: необходимо было непрерывно подключать к работе молодых высококвалифицированных энтузиастов. Все это последовательно решал Жорес Иванович путем создания базовой кафедры в Ленинградском электротехническом институте при Физтехе им. А. Ф. Иоффе, физико-технического факультета Санкт-Петербургского политехнического университета и, наконец, Академического физико-технологического университета (АФТУ). В упоминавшейся "Автобиографии" Алферов говорит о втором и третьем поколениях своих учеников. Через 10 лет после того, как он был удостоен Нобелевской премии (в связи с чем и была написана автобиография), можно говорить и о четвертом поколении учеников Жореса Ивановича. Это прежде всего выпускники АФТУ, а с другой стороны - стипендиаты и лауреаты премий Алферовского фонда поддержки научной молодежи, учрежденного им на деньги престижной награды. В настоящее время он возглавляет Академический физико-технологический университет - научно-образовательный центр нанотехнологий.

Рамки данной статьи не позволяют с той же степенью подробностей, с какой говорится об Алферове-физике, рассказать об Алферове - организаторе науки, Алферове - политическом деятеле, Алферове - борце за сохранение и развитие фундаментальной науки в России. Достаточно вспомнить, что на следующий день после присуждения ему Нобелевской премии депутат Ж. И. Алферов поднялся на трибуну Государственной Думы РФ, чтобы призвать Правительство и коллег-депутатов увеличить в бюджете долю расходов на науку. Это было настоящей кавалерийской атакой на бастионы власти и заставило вспомнить генеалогию Жореса Ивановича.

Круг обязанностей академика Ж. И. Алферова не сужается, он по-прежнему прекрасно с ними справляется. Но только один сектор этого круга - физика и технология полупроводниковых гетероструктур - вызывает у него те чувства, о которых он говорил в нобелевской лекции: "Я счастлив, что имел возможность работать в этой области с самого начала. Я счастлив, что могу продолжать эту работу и сейчас".

Публикатор:

Постоянная ссылка для научных работ (для цитирования):

Комментарии: