2015 год – год света

18 ноября лауреат Нобелевской премии, академик РАН, депутат Государственной Думы РФ Жорес Иванович АЛФЕРОВ прочитал открытую лекцию в МИЭТе (Зеленоград) «Эффективное преобразование и генерация света», которая была посвящена истории и будущему этой отрасли знания, перед студентами и сотрудниками вуза, зеленоградскими учеными, школьниками и учителями. С некоторыми вариациями лекция была на следующий день повторена в Госдуме. Ниже приведены наиболее яркие моменты из этих выступлений.

Об Эйнштейне

«Первой статьей, посланной в печать 17 марта 1905 года в физический журнал того времени, изложил точку зрения на генерацию и преобразование света. Статья состояла из нескольких страниц. Там почти не было математики, но была сформулирована идея световых квантов и впервые была обоснована квантовая природа дуализма волны и частиц.

Между прочим, в 1921 году А. Эйнштейну была присуждена Нобелевская премия как раз за эту статью. Часто думают, что за теорию относительности. Нет. Именно за эту статью, которая открыла квантовую природу света. Это некая натурфилософия, интуиция, понимание проблемы. Нобелевской премией были отмечены заслуги Эйнштейна в теоретической физике в целом… Работы Эйнштейна связаны с энергией. Поэтому если мы говорим об энергии света, то должны начинать с него. У него были теория относительности, общая теория относительности. Он сформулировал теоретическую основу всей современной лазерной техники. Научная основа лазеров была заложена А. Эйнштейном в 1916 году».

О соревновании великих держав и великих проектов

«Я часто повторяю, что в ХХ веке было два крупнейших инновационных проекта – Манхэттенский проект США и Атомный советский. Они родили фантастические по тем временам технологии. Кадровую проблему Манхэттенского проекта решил Адольф Гитлер – ведущие физики уехали в США, когда Гитлер пришел к власти. Кадровую проблему советского Атомного проекта решил Абрам Фёдорович Йоффе, выдвинув своих последователей: Курчатова, Харитона, Александрова, Зельдовича, Арцимовича, Кикоина… Можно продолжать этот ряд еще долго. Это всё ученики Абрама Фёдоровича. Если бы не было создано советской атомной школы, мы бы не лишили США монополии в создании атомного оружия».

О транзисторе

«Создание транзистора в 1947 году стало одним из выдающихся научных событий ХХ века, Шокли, Бардин и Браттейн получили за это Нобелевскую премию в 1956 году. Мне посчастливилось хорошо знать всех троих и много общаться с Джоном Бардиным, это был замечательный человек и великий физик-теоретик, единственный из физиков, получивший также вторую Нобелевскую премию – за теорию сверхпроводимости.

Джек Килби в 1956 году, работая в фирме Texas Instruments (Даллас, США), во время летнего отпуска пришел к идее изготовления микросхем на базе одного полупроводникового материала и продемонстрировал это на кусочке германия. Позже он рассказывал, что на него обрушились за это – «дорого, невыгодно, ненадежно и не нужно». В 1961 году Роберт Нойс создал технологию изготовления интегральных схем, близкую к современной, на базе свойств кремниевых соединений и принципов диффузии и фотолитографии, но она также не встретила энтузиазма.

Первые схемы содержали несколько транзисторов на кремниевой пластине – в современных чипах их миллионы. Коммерческий успех к кремниевым чипам в США пришел после того, как их решили использовать руководители ракетной и космической программ, несмотря на их дороговизну. В нашей стране значение изобретения кремниевой микросхемы было оценено почти сразу, и уже в 1962 году специальным постановлением ЦК Коммунистической партии и правительства был создан Зеленоград как центр советской микроэлектроники.

Зеленоград был задуман очень разумно: одновременно создавались и крупнейшие микроэлектронные предприятия, сейчас это «Микрон» и «Ангстрем», предприятия и КБ технологического машиностроения, великолепный Институт материаловедения и завод «Элма». Такой комплекс микроэлектроники был уникальным для всего мира. В Белоруссии появился центр «Планар», где создавали технологическое оборудование, – и наша микроэлектроника получила возможность успешно соревноваться с самыми развитыми странами.

В 1985 году министр электронной промышленности СССР Колесников, встретив меня, сказал: «Я сегодня проснулся в холодном поту – мне приснилось, что «Планара» больше нет. А значит, нет и электронной промышленности». Тогда это был сон, а в 1991 году он стал явью. «Планар» выжил, но его положение в мировой микроэлектронике утрачено. Его спасли китайские заказы, сегодня делает заказы и Зеленоград, слава богу, что у нас с Белоруссией нормальные отношения».

О полупроводниковых гетероструктурах и солнечных батареях

«Есть другая идея в этой области – это управляемый термоядерный синтез. Управляемый синтез – это когда на маленькой дейтерий-тритиевой бомбочке, будем так говорить, концентрируется мощнейшее лазерное излучение. Идея эта была предложена нашими учеными Басовым и Крохиным у нас в стране. Успешно развивал это дело Кормер. Были лаборатории Басова и Прохорова, и шли мы с американцами почти в ногу. Сегодня мы заметно отстали.

Затем американцы сделали полупроводниковые лазеры. Практически сразу Жорес Алфёров и Герберт Кремер предложили использовать гетероструктуры для лазеров. В перспективе – не только для них. Мы получили в 2000 году Нобелевскую премию за фундаментальные работы по информационным и инновационным технологиям. Если говорить про материальную базу, элементную базу современной электроники в целом, то она основана на кремниевых чипах и на наших гетероструктурах.

Гетероструктуры практически являются основой всей современной СВЧ-техники, в том числе и антенно-фазированных решеток для современной авиации, мобильной телефонии и многого другого. Тут, конечно, масса проблем. Но без чипов уже не обойтись… А лазеры – это и лазерная указка, это и иголочка на компакт-диске, это и волоконно-оптическая связь, и коммуникационные связи в космосе, и многое другое. Чтобы всё это сделать, нужна совершенно определенная четкая связь фундаментальных и прикладных исследований. Нужно было рассмотреть, экспериментально показать целый ряд эффектов, явлений гетеропереходов – односторонняя инжекция, предложенная в 1948 году, суперинжекция, предложенная нами, когда в гетеропереходе можно инжектировать неограниченные концентрации электронов, намного превышающие разновесную концентрацию их в материале. Наконец, двойная гетероструктура стала основой очень многих полупроводниковых приборов.

Сегодня существуют тысячи гетероструктур, на которых можно делать очень многое. А в 1968 году мы сделали первый комнатный лазер, который успешно работал при комнатной температуре. И это сразу же позволило полупроводниковой лазерной технике выйти на совершенно другой уровень. Потом были сделаны непрерывные лазеры при комнатной температуре. Здесь у нас уже было мощное соревнование с американцами. Мы его выиграли. Мы сделали солнечные батареи в 1970 году. И сразу они пошли на военные цели. И на орбитальной станции «Мир» стояло уже 70 квадратных метров таких батарей… Если вы сегодня посмотрите, то все низкие орбиты – это кремний, а все высокие орбиты – это гетероструктуры.

Мы были в 70-е годы абсолютными лидерами. Американцы писали первые заметки, а наши батареи уже стояли на спутниках.

Потом начались 90-е годы. Нужно менять технологию, развиваться. А нам господин Коптев, руководитель Главкосмоса, не нашел 5 млн долларов, чтобы закупить две машины. А тратил значительно большие суммы, покупая американские и западные солнечные батареи…

…Проблема наземного использования солнечной энергетики не новая, ею занимался еще Иоффе со своими учениками. В 1974 году, когда разразился энергетический кризис, американцы запустили масштабную программу развития солнечной энергетики, у нас тоже она была. Тогда стоимость 1 ватта электромощности, производимой солнечными батареями, составляла 100 долларов – сегодня на кремниевых солнечных батареях с КПД 18% (для наземной энергетики) 1 ватт стоит 1 доллар, дешевле, чем энергия атомных станций».

О солнечной энергетике

«Какие перспективы, как будут меняться фотовольтаические технологии? Кремний надолго останется основным. Но будут развиваться  фотоэлементы на многослойных гетероструктурах…

Солнечная энергетика неистощима, неиссякаема. Ее запасы для жителей нашей планеты – на тысячелетия. Это, образно говоря, – термоядерный реактор Солнца. Основным методом была, есть и будет фотовольтаика, фотовольтаическое преобразование солнечной энергии. Оно самое эффективное...

…Фотовольтаика полупроводников – наиболее экономичный метод преобразования энергии, на трехпереходных гетероструктурах можно получить КПД до 50%. Мировой рекорд сегодня – 46%, в промышленном производстве – до 40%. Да, эта технология дороже, но она выгодна благодаря системе постоянного слежения за солнцем, низкой температурной зависимости и другим параметрам. По прогнозам, к 2020 году она начнет отодвигать другие технологии.

В 2000 году Нобелевскую премию по химии получили также ученые за открытие проводящих полимеров, которые позволяют производить полупроводниковые приборы и солнечные батареи принципиально иным способом: печатать солнечные батареи, как газеты. Как будет развиваться эта технология, пока неясно. Но у меня нет никаких сомнений: будущее – за солнечной энергетикой, в ее развитие нужно вкладывать средства и Россия должна занимать соответствующее место в этой области».

О развитии науки в целом

«Важно понимать во время учебы, что учиться тяжело, но нужно изучать новые программы – всё новое рождается именно на пересечении разных областей науки… Советую вам смотреть и слушать лекции других нобелевских лауреатов по физике, химии, физиологии и медицине. Я сам это часто делаю, их сейчас легко найти в Интернете. Эти лекции представляют огромный интерес для расширения знаний: нобелевских лауреатов сурово предупреждают, чтобы мы читали лекции очень популярно, и вместе с тем каждый из нас в своей лекции излагает сегодняшнее состояние той области, в которой он работает.

…И я думаю, дай бог, чтобы мы дожили до того времени, когда руководство российских компаний и власть, обращаясь к науке, начали бы ставить определенные задачи. Зеленоград – один из центров науки. Хочу, чтобы это понимали все, в том числе власть имущие…

Сегодня много говорят, что мы – страна без идеологии, у нас её нет и быть не должно. Но еще Маркс писал, что наука – это производительная сила общества, и в советское время это было законом. Надо понимать, что это и есть идеология и философия. Развитие мировой цивилизации происходит благодаря созданию новых технологий, которые рождаются в результате научных исследований.

…Мы должны понимать, что без развития науки нет у страны будущего. Поэтому меня безумно огорчило, когда неверное решение о реформе Академии наук не вызвало широкой реакции в обществе».