Памяти Жореса Алферова /Флагман электроники

Отзыв коллеги — Алана Хигера, лауреата Нобелевской премии по химии (США) о Жоресе Алферове. « Нобелевский лауреат не только почетное звание, это некий статус, имея который, человек получает возможность быть услышанным. Его мнению доверяют и в самых высоких кругах, и обычные граждане. Долг ученого – просвещать население, а не вести исключительно затворнический образ жизни. У вас в стране этим занимается Жорес Алфёров. И в этом его громадная заслуга. Ресурсы Земли иссякают. Для России это еще не так явно, как для других стран, которые уже ощутили кризис. И нам нужны альтернативные источники энергии. Большинство обычных людей воспринимают эти слова как некие страшилки от ученых. Они к ним если и прислушиваются, то думают, что проблема их не коснется, а настигнет планету через много поколений. Донести мысль, что это не так, под силу только ученым.. Встречи нобелевских лауреатов с Санкт-Петербурге — это заслуга Жореса Алфёрова. Он проводит колоссальную работу по поддержанию и продвижению науки в своей стране.»

Создание полупроводникового лазера

Задача прямого преобразования электричества в «технический» свет — когерентное квантовое излучение — оформилась как направление квантовой электроники, родившейся в 1953–1955 гг. Первая работа о возможности использования полупроводников для создания лазера была опубликована в 1959 г. Н.Г. Басовым, Б.М. Вулом и Ю.М. Поповым. В дальнейшем Басовым и его сотрудниками было предложено применение р–n-переходов для этих целей  (работа 1961 г. написана  Н.Г. Басовым, О.Н. Крохиным, Ю.М. Поповым).  Однако практически полупроводниковый лазер на кристалле GaAs впервые был создан в 1962 г. в США при участии Р. Холла, М.И. Нейтена и Н. Холоньяка. Но поиски материала для полупроводникового лазера начались во всем мире с 1961 года. В Ленинградском Физтехе в этих поисках участвовал будущий Нобелевский лауреат Ж.И. Алферов, который подал заявку на изобретение полупроводникового лазера совместно с теоретиком Р.И. Казариновым в 1963 году; они предложили использовать гетероструктуры для  полупроводниковых лазеров. Идея основана на том, что многие полупроводниковые материалы типа АIIIВV образуют  между собой непрерывный ряд твердых растворов — тройных и более сложных (AlxGa1-xN и InxGa1–xN, GaAsxP1-x, GaxIn1-xP, GaxIn1-xAsyP1-y и т. п.), которые легко сопрягаются друг с другом из-за близости параметра кристаллической решетки.  На основе этих твердых растворов и сформировалось направление гетероструктурной микроэлектроники,  тогда как традиционно развитие шло по пути, который  можно назвать моно и гомогенной электроникой. Алферов,  любивший рассказывать «байки» из научной жизни и всегда выводивший из них некоторую мораль, как-то  сказал такую фразу: «Нормально — это когда гетеро, а не гомо. Гетеро — это нормальный путь развития природы».   Датой обнаружения лазерного эффекта на гетеропереходе является 13 сентября 1967 года. Для этого был использован трехкомпонентный полупроводник, созданный в соседней лаборатории Н.А.Горюновой, которая в дальнейшем сформулировала идею «периодической системы полупроводниковых соединений», основанную на твердых растворах. Первый работающий гетеролазер были создан в 1968 году, а в 1972 году состоялось вручение Ленинской премии авторскому коллективу, в состав которого, помимо Ж.И. Алферова, вошли В.М. Андреев, Д.З. Гарбузов, В.И. Корольков, Д.Н. Третьяков и В.И. Швейкин.

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. Наиболее известное применение светодиодов сегодня — замена ламп накаливания на светодиодные и дисплеи ноутбуков, мобильных телефонов и навигаторов. Общая идея дальнейшего развития «технического света» — создание новых материалов для светодиодной и лазерной техники.

Работа в области солнечной энергетики:

Имя Жореса Алферова связано с разработками солнечных элементов с 1955 года, когда научной базой для создания отечественных солнечных батарей стала разработка учеными ФТИ им. Иоффе технологии фото-диодов с p-n-переходами на германии (Ж.И. Алферов,С.М. Рывкин, 1955) и кремнии (В.М. Тучкевич, В.Е. Челноков, 1957). В кремниевых солнечных элементах был достигнут КПД = 8%, при этом к 1958 году в отечественных разрабоках был получен эффект радиационной стойкости, который в США смогли повторить лишь в 1961 году.

В дополнение к «классическим» полупроводниковым материалам — германию и кремнию, с 1950 года в ФТИ начался синтез и исследования материалов типа А3В5. Солнечный элемент, выполненный на гетеропереходе из наиболее известного соединения А3В5 — арсенида галлия (GaAs), лидировал по эффективности и широко использовался в космических аппаратах. В частности они обеспечили электроснабжение советского космического аппарата «Венера-4» (1967 год), работавшего в окрестностях «горячей» планеты Венера, а также самоходных аппаратов «Луноход-1» (1970 год) и «Луноход-2» (1973 год). МКС «Мир» также снабжалась энергией от элементов из арсенида галлия. Однако при всех достоинствах высокая стоимость делала «земные» рынки  практически недоступными для солнечных элементов из арсенида галлия. В последние годы надежды возлагают на технологию тонких пленок, которая позволит уменьшить расход материала. В настоящее время эффективность до 28% продемонстрирована на солнечных батареях GaAs, а для снижения стоимости ведутся эксперименты с гетеропереходами в виде тонких пленок.

Солнечный элемент на гетеропереходе GaAs–AlGaAs был впервые разработан в 1969 году Жоресом Алферовым и В.И. Андреевым в Советском Союзе. Но еще раньше Алферов с помощью соединений арсенида галлия добился генерации не только электричества, но и света — в 1968 году он создал первый полупроводниковый лазер на гетеропереходе. В результате Алферов — единственный человек, получивший как орден Ленина, так и Нобелевскую премию, за его многочисленные достижения.

См. Также  — Доклад-презентация Алферова в Потсдаме в 2007 году: Is Solar Energy Conversion an Option to Solve the Energy Problem.

Подробнее об истории разработок и международной борьбе за лидерство в солнечной области можно прочесть в книге «Триумф солнечного века».

Алферов,  Exlibris,  мысли,  выступление 

03.03.2019, 14295 просмотров.