Жорес Алферов получает Нобелевскую премию за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов

Академик Игорь Кукушкин — о сути открытия российского ученого и о том, как оно повлияло на нашу жизнь

До 60-х годов XX века люди исследовали материалы, созданные Господом Богом. Начиная с 60-х годов они научились синтезировать вещества, которые в природе не существуют. Оказалось, что уникальные свойства созданных человеком веществ гораздо более интересны, чем свойства природных. Одна из идей, волновавших тогда ученых, заключалась в том, чтобы сделать не однородное вещество, а сочетание веществ, так называемый гетеропереход. Если упрощенно: мы берем одно вещество, сложным технологическим методом выращиваем на нем другое и получаем переход между одним и другим веществами. Эта двумерная гетерограница обладает очень интересными свойствами. В ней можно перестраивать зонную структуру и изменять в широких пределах проводимость электронов, чего невозможно сделать, например, в металле – там эти свойства неизменны.

А началось все немного раньше. В 50-х годах прошлого века в Штатах был создан полевой транзистор – на базе гетероперехода между кремнием и окисью кремния. Это открытие получило широкое применение, потому что маленькие транзисторы заменили собой огромные вакуумные приборы, отвечавшие за модуляцию проводимости. Все это было еще очень далеко от Алферова и его лазеров, но все-таки полевой транзистор был шагом именно в этом направлении. Фактически на базе идеи гетероструктур и продвинулся Жорес Иванович, только он собирался разгонять не электроны, а фотоны, то есть свет.

Эта идея витала в воздухе, но именно Алферову удалось продвинуться в этом направлении. Вместо пары кремния и двуокиси кремния Алферов предложил использовать сплав алюминия с арсенидом галлия. Как выяснилось, у этой пары идеально совпадали параметры решетки, и это было залогом успеха, поскольку гарантировало высокое качество гетероструктур. А вторая идея Алферова заключалась в том, чтобы сделать не одну границу, как в полевом транзисторе, а две. Сначала идет алюминий-арсенид, потом галлий-арсенид, а затем снова алюминий-арсенид, и все это на очень маленьком расстоянии, 200-300 ангстрем. Получился двойной гетеропереход, так называемая квантовая яма. В ней можно квантовать движение электронов, делать искусственный атом и так далее. Благодаря этому открытию, удалось сделать полупроводниковый лазер, аналогичный газовому, но недорогой и очень маленький по размеру.

Если говорить о приложениях этого открытия, то тут все совсем просто. Каждый человек видел лазерные принтеры, cd-проигрыватели. Внутри этих устройств есть маленькая лампочка, которая производит монохроматическое узконаправленное излучение – оно не расходится в разные стороны, а светит в одну точку. Простой пример – лазерные указки.

Одно из важнейших приложений открытия Алферова – оптоволоконная связь, которая позволяет передавать информацию на огромные расстояние, например, через океан, причем значительно проще и дешевле, чем по проводам или по атмосфере. Сигнал генерируется маленьким и дешевым полупроводниковым лазером, по дороге прямо в волокне он может быть усилен. Моделируя интенсивность этого сигнала, можно передать информацию. Лазеры используются в обработке всевозможных материалов, в экологии они помогают осуществлять мониторинг окружающей среды, в современной медицине без лазера тоже уже не обойтись, используется лазер и в оборонных системах.

Мнение экспертов не является выражением позиции университета