Лауреатам Нобелевской премии воздаются высокие почести в королевском дворце. С научными, творческими гениями охотно общаются монархи, президенты, главы правительств... Удостоенному нынешней осенью этой престижнейшей награды академику из Санкт-Петербурга Жоресу Ивановичу Алферову дорога память и о других, пусть не таких «звездных», но глубоко волнующих встречах.
...На фотоснимках, сделанных недавно украинскими коллегами Алферова, взгляду открывается село Комаривка на живописной Черкасщине. Сюда вице-президент Российской академии наук в конце лета приехал, как он говорит, по зову сердца — навестить могилу родного брата-артиллериста, участника Корсунь-Шевченковской битвы. Старший лейтенант Маркс Иванович Алферов геройски погиб здесь в феврале 1944 года. Возле Комаривки простирается Байковое поле, где бои были особенно ожесточенными. Военные историки свидетельствуют об окружении в Корсунь-Шевченковском «котле» девяти гитлеровских пехотных дивизий, одной танковой дивизии и моторизованной бригады. Фашисты яростно сопротивлялись, пытаясь вырваться из кольца. 206-я стрелковая дивизия, в составе которой воевал старший брат будущего академика, на своем участке фронта не пустила вражеские силы, но почти полностью полегла. Непросто давались славные победы... Об этом потомкам рассказывают гранитные плиты на братских могилах, за которыми бережно ухаживают ученики сельской средней школы.
Эти приветливые хлопчики и дивчатка вызвали теплые чувства у гостя с берегов Невы. Он с большим интересом осмотрел три музея, созданных в стенах комаривской школы: Корсунь-Шевченковской битвы, великого Кобзаря и украинской песни. Дети и их учителя-наставники сумели найти немало ценных экспонатов, реликвий. После кропотливого изучения материалов военных архивов им удалось назвать многие имена погибших воинов... Эти добрые дела горячо одобрил Алферов. И тотчас заявил радушным хозяевам: лично берет шефство над сельской школой, обязуется улучшать ее материально-техническую базу. Жорес Иванович и директор школы Ирина Николаевна Каминская задумали подружить старшеклассников Комаривки, интересующихся физикой, с их ровесниками, обучающимися в лицее, открытом при Санкт-Петербургском научно-образовательном центре. Его основатель и руководитель — академик Алферов. Он не только вице-президент РАН и глава парламентского комитета по науке, но и (прежде всего) директор санкт-петербургского академического Физико-технического института имени А.Иоффе.
Через месяц после памятной встречи спутник Ж.Алферова в путешествии по Черкасщине, генеральный директор научно-производственного концерна «Наука» Сергей Юрьевич Ларкин привез из столицы Украины в комаривскую школу два компьютера. Их подарил сельским детям возглавляемый Ларкиным научно-исследовательский центр «Фонон» при Министерстве образования и науки. Еще два компьютера вскоре прибудут в Комаривку из Санкт-Петербурга, от Алферова.
— В ноябре Жорес Иванович в очередной раз приедет в Киев на украинско-российский семинар по нанофизике и наноэлектронике, — говорит Сергей Ларкин. — После этого мы с ним снова поедем в Комаривку. Когда академик вручит детям еще два компьютера, в школе будет уже укомплектован кабинет информатики. Алферов охватывает заботой старшеклассников села, а мы, киевляне, кроме всего прочего, решили уделить внимание и ученикам младших классов: пригласили их в Киев на праздник новогодней елки, на Рождество.
Поведав читателям о человеческих контактах нобелевского лауреата в Украине, поведем речь и о научных. Они настолько эффективны, что наверняка не оставят никого равнодушным. Просим об этом рассказать киевского соратника Алферова С.Ларкина.
— Нобелевская премия в области физики присуждена Жоресу Ивановичу Алферову за открытие, сделанное им еще на рубеже 60—70-х годов, но которое в последующие три десятилетия вызвало грандиозный прогресс в электронике, — говорит Сергей Юрьевич. — И оно (здесь не будет никакого преувеличения) благотворно повлияло на всю земную цивилизацию. Алферов вывел полупроводниковую технику из тупика — выявил так называемые гетеропереходы или гетероструктуры (в переводе с греческого «разнородные» структуры), получаемые на основе соединений редкоземельных металлов группы А3В5 в таблице Менделеева. Новшество позволило в тысячи раз уменьшить размеры активных элементов в электронике, то есть резко повысить уровень миниатюризации электронной техники, а это чрезвычайно важно для всех ее конструкций. Открытие также позволило уйти в другой, более благоприятный частотный диапазон, создать устройства, менее уязвимые для помех, гораздо более чувствительные; оно обеспечило настоящий прорыв в спутниковой, космической связи, в лазерной и волоконно-оптической технике, в устройствах записи и считывания информации, в современных представлениях о квантовых суперкомпьютерах.
В наших беседах Жорес Иванович неоднократно подчеркивал: его открытие — достояние не одной лишь российской науки; он опирался в своем поиске на достижения и российских, и украинских, и белорусских, и других ученых бывшего СССР. В частности, Алферов всегда воздает должное блестящей научной школе физики полупроводников, сформировавшейся в свое время в Украине, — школе, подпитывавшей идеями всю мировую науку.
— Как вас свела судьба с Алферовым?
— Это произошло пять лет назад в Москве, на семинаре по квантовым компьютерам. Он приехал туда из Санкт-Петербурга, я — из Киева. Этого простого с виду, скромного в поведении, добродушно улыбающегося человека где-нибудь на улице скорее примешь за мастерового. А ведь он — высочайший интеллектуал, обладатель многих почетнейших титулов... Жорес Иванович поразил меня своим сенсационным научным докладом, кулуарными беседами, остроумными репликами о гетероструктурах. Он обладает удивительным даром приковывать внимание к тому, о чем говорит. В тот день благодаря ему я осознал, что для меня и многих моих коллег не будет ничего важнее, чем участие в решении неотложных проблем нанофизики и наноэлектроники.
— Вы назвали два термина, которые для части читателей звучат непривычно.
— Сразу разъясню: слово «нанос» в переводе с греческого означает «карлик». Приставка «нано» служит для обозначения одной миллиардной (!). Пример: один нанометр равен одной миллиардной части метра. Вот на какие уровни проникновения в материю вышли современные наука и техника!
Кратко напомню: в 60-е годы уходящего XX века, как известно, возникла область электроники с приставкой «микро» («микрос» по-гречески — «маленький»; один микрометр равен миллионной части метра). Появление микроэлектроники было вызвано жизнью: усложнялись функции аппаратуры, росли ее габариты (что очень нежелательно!), повышались требования к ее надежности. Да еще жуткая трудоемкость. В отдельных устройствах монтировались десятки тысяч отдельно изготовленных элек- тронных ламп, транзисторов, конденсаторов, резисторов, трансформаторов. Сборка их путем соединения выводов пайкой или сваркой делала аппаратуру громоздкой, трудоемкой в изготовлении, недостаточно надежной в работе, затрачивалась уйма электроэнергии. Поиски путей устранения этих недостатков привели к появлению новых конструкторско-технологических направлений создания электронной аппаратуры: печатного монтажа, модулей и микромодулей, а затем и интегральных схем.
А теперь полупроводниковая электроника начинает переход к нанометровым масштабам приборов. Эта задача принципиально отличается от тех, которые решались при рождении микроэлектроники. Электронные с приставкой «микро» приборы в основном не отличаются от своих макроскопических предшественников, поэтому они фактически потребовали лишь разработки способов уменьшения размеров. Однако при переходе в мир нанометровых величин вступают в действие физические ограничения. Проявляются так называемые размерные эффекты: физические свойства веществ существенно изменяются с уменьшением размеров изделий. Но назад дороги нет. Общепризнанно: уровень электронной техники в той или иной стране решающим образом влияет на ее место в мировой конкуренции.
Многообещающим является создание наноструктур, где роль функциональных элементов выполняют даже... отдельные молекулы! В перспективе это позволит использовать принципы приема и переработки информации, реализованные в биологических объектах (молекулярная наноэлектроника).
— Расскажите, пожалуйста, немного подробнее о вкладе академика Алферова и его последователей в это преображение цивилизации.
— В тот момент, когда я загорелся научными идеями Жореса Ивановича, мой возраст уже не был ни студенческим, ни аспирантским, но я считаю себя его учеником, ибо изыскиваю малейшие возможности для делового общения с ним, перечитываю его научные труды... В течение десяти лет я являюсь директором государственного научно-исследовательского центра «Фонон». Коллектив занимается весьма важным делом — разработкой систем сверхпроводниковой электроники. Но и на постсоветском пространстве, и во всех развитых зарубежных странах финансирование работ в этой сфере стало сокращаться. Мир убедился: высокотемпературная сверхпроводимость не дала ожидаемых результатов. И тут внезапная встреча с академиком Алферовым, который страстно призывает: «Обратите взор на открытые мною гетероструктуры, они уже давно ждут своего часа!»
Итак, еще в конце 60-х годов Жорес Иванович сумел ликвидировать барьер в физике твердого тела, который считался непреодолимым. Господствовавшая тогда электроника с приставкой «микро» опиралась на использование редкоземельного элемента германия и широко распространенного в природе кремния. Из этих двух тогда ее основных конструкционных материалов изготовлялись транзисторы, диоды, микросхемы и прочие базовые элементы. И считалось, что в принципе для таких изделий существуют пределы, прежде всего связанные с пределами легирования слоев, то есть введения в их состав веществ, придающих им заданные свойства. Нужно было искать новые материалы, чтобы идти дальше по пути миниатюризации. Алферов предложил перейти к материалам редкоземельной группы, которая в таблице Менделеева в соответствии с валентностью обозначена как А3В5. Внимание сосредоточилось на арсениде галлия — соединении мышьяка с галлием. Эти редкоземельные металлы обычно трудно сочетаются; никто не мог предположить, что их соединение даст некую пользу электронике. В частности, в шестом томе «Большой Советской Энциклопедии» (1971 г.) сказано: «Широкого промышленного применения галлий пока не имеет». Прежде считалось, что получить устойчивое легирование и устойчивый гетеропереход таким образом невозможно. Но Алферову это удалось. Именно он создал первый в мире полупроводниковый лазер, что вызвало настоящую революцию в информатике.
К сожалению, за это открытие наиболее основательно ухватились не соотечественники, а американцы. Конечно, великое новшество Алферова было запатентовано, его приоритеты были полностью подтверждены и защищены. Но практическое использование важнейшего открытия в широчайших масштабах осуществили не тогдашние советские, а западные фирмы. И то, что Алферову наконец-то присуждена Нобелевская премия, говорит о том, что Запад имеет четкие представления, кто же преобразил электронику, да и всю цивилизацию. Гетероструктура, рожденная научным озарением ученого с берегов Невы, есть в любом мобильном телефоне! А насколько миниатюрные средства связи изменили к лучшему условия жизни людей, какие огромные удобства создали! Открытие гетероструктур вызвало появление так называемых хэмп- и фэт-транзисторов с прежде небывалой чувствительностью, появление конвекторов для спутниковых антенн. И все человечество энергично шагнуло в эпоху спутниковой связи. Удалось преодолеть прежде неустранимые помехи; у новой техники значительно выше «разрешающая способность». Благодаря Алферову родились компьютеры намного более высокого класса. Знатоки истории науки выражаются так: тот маленький лазер, который Жорес Иванович привел в действие в своей санкт-петербургской лаборатории, изменил ноосферу!
— Теперь понятно, почему вы, Сергей Юрьевич, стали таким убежденным сторонником практического применения открытия Алферова.
— И не только я. Уже большая группа ученых и специалистов Украины борется за утверждение и реализацию жизненно важной научно-технической программы «Нанофизика и наноэлектроника». Конечно, микроэлектроника пока не исчерпала своих возможностей (в плане выпуска ряда промышленных изделий). Но если говорить о науке, то это уже давно освоенное высокоразвитыми зарубежными фирмами пространство, давно пройденный этап. И тратить усилия государства на достояние прошлого — то же самое, если бы мы в нашей стране сейчас начали бороться за электронные лампы! Поэтому сегодня следует самым серьезным образом заботиться о развитии наноструктур, о наноэлектронике. А Госкомитет промышленной политики Украины упрекает: мол, зачем увлеклись «фантастикой», лучше займитесь более основательно микроэлектроникой — там все апробировано, проверено, есть производственная база.
— А как у российских коллег?
— Они уже более десяти лет серьезно занимаются наноэлектроникой, значительно продвинулись вперед. Я попросил Алферова поддержать идею совместной украинско-российской программы. В таких ситуациях нет смысла быть сепаратистами... Тем более что мы убедились: с российскими коллегами у нас сохранились давние дружеские отношения, творческие контакты. Алферов, его сподвижники заверили: охотно поделятся с нами своими результатами, тем самым как бы подтянут нас на несколько лет вперед. Да и нашим ученым, специалистам электронной промышленности есть чем поделиться для обоюдной пользы.
— Объединение усилий уже началось?
— Да. Разработан проект совместной украинско-российской научно-технической программы «Нанофизика и наноэлектроника». Этот документ утвержден президентом Национальной академии наук Украины Борисом Патоном, министром образования и науки Украины Василием Кременем и теперь находится на рассмотрении в Кабинете министров Украины. Ждем постановления правительства. Если оно даст «добро», откроется реальная возможность нашего прорыва к высоким технологиям с опережением нынешних зарубежных стран-лидеров в этой отрасли.
Когда совместный проект был еще в стадии разработки, академик Алферов неоднократно приезжал в Киев. Мы его радушно принимали у себя в научно-производственном концерне «Наука». В составе концерна есть Светловодский завод чистых металлов (Кировоградская область). Он, как и ряд других украинских предприятий, может сделать очень многое для осуществления наших совместных замыслов. В этом плане Жорес Иванович выполнил просьбу вице-премьера Российской Федерации Ильи Клебанова познакомиться с обстановкой на предприятии, переживающем экономические трудности, на предмет размещения инвестиций России. С этой целью мы с Алферовым и академиком НАН Украины Антоном Григорьевичем Наумовцом совершили поездку в Светловодск. Наша сторона одобрительно встретила предложение Алферова, чтобы украинские предприятия электронной отрасли вошли в глубокую кооперацию с российскими, восстановили старые, весьма плодотворные связи.
— Сергей Юрьевич, приведите, пожалуйста, главные аргументы, обосновывающие полезность этой совместной программы для Украины.
— К моменту обретения государственной независимости Украина уже имела достаточно развитую физику полупроводников и полупроводниковую промышленность. Мировое признание получили научные школы в экспериментальной и теоретической физике полупроводников, основанные соответственно академиками НАНУ В.Лашкаревым и С.Пекарем. Эти школы обеспечили подготовку высококвалифицированных кадров, благодаря чему сильные центры по физике полупроводников сформировались не только в Киеве и Харькове, но и во Львове, Черновцах, Ужгороде, Запорожье, Одессе, Херсоне. В советские времена была создана довольно мощная электронная промышленность в разных регионах Украины. У нас создан также стартовый технологический потенциал, позволяющий работать в области нанофизики и наноэлектроники. В Украине насчитывается свыше 100 предприятий, способных выпускать современную элементную базу и сложные функциональные устройства. Но загружены работой они только на 15—20 процентов. Приоритетное развитие нано-электроники даст возможность компенсировать распад традиционной кремниевой транзисторной электроники.
У нас есть большие запасы цветных металлов и полупроводниковых материалов. Но они экспортируются как сырье, в сотни раз более дешевое, чем микролазерные и гетероэлектронные устройства, изготавливаемые из этих материалов. Технологическое отставание Украины (как и других стран СНГ) на 5—10 лет без существенной финансовой поддержки не позволяет предприятиям радиоэлектронной отрасли поднять свое производство, выйти на международные рынки.
— Хотя бы вкратце — об участниках программы, о ваших первых совместных шагах.
— В мае 1999 года в Киеве состоялось первое украинско-российское совещание по нанофизике и наноэлектронике. По его итогам мы подписали совместный меморандум, концепцию и структуру проекта программы. От России в совещании участвовали академик Алферов и его самые компетентные сподвижники. Жорес Иванович привез на берега Днепра блестящую команду: ведущего физика Сибири Н.Неизвестного, своего заместителя в физтехе РАН Ю.Копаева и других исследователей с самого переднего края научного фронта. Крупнейшие специалисты представляли украинскую сторону. Среди них академик НАНУ, профессор Киевского университета имени Т.Шевченко Н.Находкин, академик- секретарь отделения физики и астрономии НАНУ А.Наумовец, академик, директор Института физики полупроводников НАНУ С.Свечников и другие.
Всего мы утвердили 140 сов-местных проектов.
— Итак, руководимый вами концерн «Наука» крепко ухватился за наноэлектронику, за практическое воплощение технологий, рожденных открытием Алферова. Какую пользу это даст в ближайшем будущем?
— Мы серьезно продвинулись в разработке энергосберегающих светодиодов. Передали партнерам — киевскому НИИ «Микроприбор» наши новые устройства по нанесению нанослоев в цикле формирования светодиодов... Выпуск красных светодиодов — тех, например, которые действуют в телевизорах, давно освоен украинской промышленностью, но это — вчерашний день. Теперь есть большая потребность в светодиодах с нанослоями! Такие изделия — сверхъяркостные. Что это значит?.. Вы видели на некоторых киевских перекрестках новые светофоры на светодиодных матрицах? Вот это и есть сверхъяркостные свететодиодные матрицы; они потребляют значительно меньше энергии, чем их предшественники. Новые светодиоды имеют кпд (коэффициент полезного действия) преобразования энергии в свет, близкий к 90 процентам! Сравним: у общеизвестных ламп накаливания кпд 0,3 процента — более чем в 270 раз меньше! Светофоры на основе красных сверхъяркостных светодиодов для киевских улиц — это разработка Института физики полупроводников НАН Украины. А мы поставили целью наладить выпуск сверхъяркостных светодиодов голубых и в дальнейшем белых — с еще более ярким свечением. Что это даст? Для освещения самых различных объектов потребуется в тысячу (!) раз меньше электроэнергии. Вместо традиционных ламп в квартирах, на предприятиях, в офисах, магазинах, театрах, на улицах будут щедро давать свет маленькие диодные матрицы.
— Насколько дерзкая мечта близка к реальности?
— Нам нужны два-три года. Теперь мы разворачиваем производственную линию, на которой вместе с киевским «Микроприбором» начнем отрабатывать технологию.
— Здесь тоже работают идеи Алферова?
— Конечно. Именно алферовскую технологию мы и будем реализовывать, организовывая выпуск новых светильников!.. Второе наше направление — создание твердотельной элементной базы на основе арсенида галлия. В кооперации с академиком РАН Николаем Григорьевичем Неизвестным создаем украинские хэмп- и фэт-транзисторы. Наша совместная цель — покончить с зависимостью от элементной базы западного производства при создании спутниковых систем связи, мобильных телефонов. Участвуя во всех современных устройствах в области связи, эти транзисторы будут значительно дешевле импортных.
Третье направление — группа сотрудников нашего концерна, руководимая кандидатом технических наук Виталием Босым, разрабатывает так называемые резонансные туннельные диоды на основе арсенида галлия. Эти компоненты позволят по-новому решить вопросы сенсорики (от латинского «сенсилис» — «чувствующий»). На основе этих резонансных диодов в России уже теперь изготовляются сенсоры типа «электронный нос», реагирующие на малейшие примеси в воздухе определенных химических веществ, и типа «электронный язык» — сенсоры, указывающие на наличие в воде ряда примесей. Так что и Украина внесет достойный вклад в выявление и тонкий анализ мельчайших загрязнений окружающей среды.
Четвертое направление — участие в создании сенсоров не электронных, а действующих на основе наночувствительных мембран. Эти работы мы выполняем совместно с Институтом физики полупроводникив НАН Украины.
Теперь слово за правительствами двух стран, которые призваны утвердить совместный проект.