Подготовка к стодесятилетнему юбилею О. В. Лосева, Золотые страницы российских изобретений Опции Поделиться

[А.Рассадин]

10 мая 2013 года исполняется 110 лет со дня рождения Олега Владимировича Лосева --- выдающегося русского учёного и изобретателя в области радио- и оптоэлектроники.

Работая в Нижегородской радиолаборатории, О. В. Лосев сделал ряд важнейших открытий, которые позволяют по праву считать его пионером полупроводниковой электроники. Однако значение выдающихся научных достижений О. В. Лосева явно недооценивается как за границей, так и у нас в стране. Поэтому в связи с стодесятилетним юбилеем О. В. Лосева целесообразно более подробно рассмотреть и оценить его наиболее выдающиеся достижения с точки зрения современности, чтобы воздать должное этому удивительному учёному, значительно опередившему своё время.

Ниже я помещаю материалы по О. В. Лосеву для того, чтобы мы могли глубже осмыслить масштаб этой замечательной личности и выработать комплекс реалистичных мер, направленных на знакомство широкой общественности в России и за рубежом с творческим наследием О. В. Лосева, а также на серьёзный разговор о состоянии отечественной микроэлектроники.

Материалы подготовил член НРО НТОРЭС им А. С. Попова к. ф.-м. н. Михаил Афанасьевич Новиков (Институт физики микроструктур Российской академии наук, Нижний Новгород): http://ipmras.ru/ru/structure/people/mnovik

[А.Рассадин]

Вклад О.В.Лосева в развитие совремённой полупроводниковой электроники и оптоэлектроники

М.А.Новиков, ведущий научный сотрудник ИФМ РАН

Сейчас всем очевидно, что самым главным двигателем сегодняшнего и будущего научно-технического прогресса являются достижения в области науки и техники. Особую роль играют достижения в области полупроводниковой физики, если учесть, что именно эти достижения позволили создать современное информационно-технологическое общество. Главными составляющими этих достижений считаются изобретения транзистора и лазера. Первое обычно однозначно связывают с именами американских ученых Бардином, Шокли и Братейном, а главный вклад в лазерную технику и оптоэлектронику связывают с большой группой американских и советских ученых шестидесятых годов. Однако если внимательно проследить историю этих открытий, то мы придем к однозначному заключению. Объективно вся предистория этих достижений связана прежде всего с именем выдающего русского ученого и изобретателя Олега Владимировича Лосева, работавшего в двадцатых и тридцатых годах прошлого столетия, с начало в Нижнем Новгороде, а потом в Ленинграде. Ниже мы кратко изложим основные достижения О.В.Лосева в области полупроводниковой физики и техники.

1.В 1922-1927 годах О.В.Лосев впервые в мире создал практические приборы для приема (усиления) и генерации радиочастотных электромагнитных колебаний с использованием полупроводниковых приборов (кристадинов). Кристадин Лосева был одной из самых больших сенсаций в области радиосвязи двадцатых годов. Об этом писали журналы всего мира, как о сенсационном открытие (смотри статью 1924 года Hugo Gernback “A Sensational RadioInvention”). Лишь неготовность научно-технического сообщества того времени в полной мере понять и оценить значения этих открытий О.В.Лосева существенно задержало научно-технических прогресс в области полупроводниковой электроники, который сейчас связывают с изобретением транзистора в 1948 году.

2. В 1907 году англичанин Г.Роунд в небольшой заметке кратко описал излучение, которое возникает при прохождении тока через контакт металла с карборундом. Это эффект в последствии получил название электролюминесценция. Эта заметка оставалась незамеченной до 70-х годов. В 1923году О.В.Лосев не зная работы британского ученого открыл и, самое главное, физически правильно раскрыл основные физические механизмы электролюминесценции в полупроводниковых структурах. Так что вполне оправдано можно считать Лосева основоположником современной науки электролюминесценции. Более того, в 1928 году О.В.Лосев впервые в мире получил патент на практическое использование источника оптического излучения с применением этого явления. На современном языке это означает, что он является изобретателем полупроводникового светодиода ( LED –Light Emited Diode ). С современной точки зрения это, безусловно, главная заслуга О.В.Лосева, поскольку сейчас очевидно, что полупроводниковые светодиоды и лазеры на их основе уже играют, и еще большую роль будут играть в грядущем научно-техническом прогрессе. На наших глазах происходит революция в области электрического освещения, когда лампочки накаливания и даже люминесцентные лампы заменяются светодиодными источниками света. А если учесть, что светодиодные дисплеи и телевизоры успешно вытесняют другие типы таких приборов, то станет очевидным значение этого открытия. В этой связи очевидно, что О.В.Лосев должен занять почетное место среди русских ученых В.В.Петрова, П.Н.Яблочкина и А.Н.Лодыгина, внесших вклад в развитии электрического освящения с той лишь разницей, что значение достижений этих ученых это уже далекая история, а достижения О.В.Лосева это настоящее и ещё более обещающее будущее. Парадокс здесь в том, что имена и портреты этих ученых помещены даже в школьные учебники, а имя О.В.Лосева и его достижения порой неизвестны даже специалистам.

3. В литературе очень мало говорится об истории исследований свойства кремния как полупроводникового материала для фотоэлектроники. Учитывая, что в настоящее время кремний играет решающую роль в современной и будущей фотоэлектронике и солнечной энергетике (солнечные батареи), весьма интересно знать, кто же первым начал изучать фотоэлектронные этого уникального материала. Оказывается и в этом деле О,В.Лосев был первым, хотя это мало кому известно. В начале тридцатых годов О.В.Лосев провел цикл очень интересных работ по фотоэлектрическим свойствам целого ряда материалов (92 материала) на предмет наличия у них фотоэлектрических свойств. В числе этих материалов был и кремний, который однако ни чем не выделялся среди этих материалов по своим фотоэлектрическим свойствам. Удивительным здесь кажется то, что именно кремнию Лосев отдал предпочтения для дальнейших исследований. Интуиция подсказывала ему, что за этим материалом большое будущее. В дальнейшем он очень много внимания уделял исследованиям фотоэлектронным эффектам этого материала. Характерно, что его последняя работа называлась «Метод электролитных фотосопротивлений. Фоточувствительность некоторых сплавов кремния». Он придавал этой работе очень большое значение. Достаточно сказать, что для того чтобы её закончить, он не покинул осажденный Ленинград. Он успел подготовить публикацию к печати и послать её в журнал ЖЭТФ, но она затерялась и в настоящее время судьба этой статьи пока неизвестна. Он погиб в осажденном Ленинграде в январе 1942 года от голода. Если говорить об исследованиях фотоэлектрических свойств кремния другими авторами, то первое упоминание о таких исследованиях мне удалось найти в патенте (R.S.Ohl, Patent USA “Light-sensitive eklectric device”, N 2,402,662, от 27 мая 1941). Об этом патенте стало известно только после войны в 1946 году, когда было принято решение выдать Олу патент на это изобретение. А реальное применение кремния для фотоэлектроники началось после работ, выполненных в Беллаб (США) в 1954 году. Неслучайно, что именно сотрудники этой лаборатории в 2009 году получили Нобелевскую премию за CCD фотоэлектрические кремниевые матрицы.

4. В начале тридцатых годов О.В.Лосев впервые в мире применил метод зондовой микроскопии для исследования свойств естественных полупроводниковых гетероструктур на поверхности карборунда кремния (SiC). Это, безусловно, прообраз целого семейства современных зондовых микроскопов, которые совершили революцию в микроскопии (наноскопии). Такие микроскопы позволяют видеть наноструктуры вплоть до отдельных атомов. Авторы таких микроскопов получили Нобелевскую премию. К сожалению, вклад О.В.Лосева в это также совсем не отражен в известной мне литературе.

5. Как хорошо известно, наиболее важным полупроводниковым элементом всей полупроводниковой электроники является так называемый P-N переход. Некоторые ученые сравнивают значение этого перехода в микроэлектронике и оптоэлектронике со значением и функцией клетки в биологии. На Западе открытие P-N перехода связывают с американцем Расселом Олом (Rassel Ohl), который случайно в начале сороковых годов обнаружил его в кристалле кремния (M.Riordan and L.H.Hoddeson, “The origin of the p-n junction”, IEEE Spectrum, 27 June, 1997, p.46) . Однако О.В.Лосев его обнаружил и детально изучил на поверхности карборунда кремния с помощью зондового метода ещё в начале тридцатых годов. Однако и сейчас находятся люди, которые утверждают, что этого недостаточно, чтобы признать приоритет Лосева в открытии P-N перехода на том основании, что он не указал, что этот переход образуется на стыке полупроводников с проводимостью разных знаков. На это можно ответит следующее. В начале тридцатых годов, когда еще не была создана зонная теория полупроводников, понятия электрона и дырки, которые ответственны за разные знаки проводимости, еще не были известны ученым. Однако в статье О.В.Лосева (Известия АН СССР, сер.,физ., 1941, в.4-5, стр.494-499), описывая «запорный слой» (так в тридцатых годах называли P-N переход), он пишет -- «исследования термоэдс показало, что вещество активного слоя всегда обладает электронной (избыточной) проводимостью, тогда как проводимость в толще кристалла носит дырочный характер». Так что во второй половине тридцатых годов О.В.Лосев уже однозначно знал, что такое P-N переход. Заметим, что эта была последняя опубликованная Лосевым работа.

6.До последнего времени считалось, что приоритет изобретения транзистора принадлежит известной троице американских ученых из Беллаб (США). Оказалось, что это не совсем соответствует действительности. Сама идея создания полупроводникового усилителя подобного вакуумному триоду возникла сразу же после создания О.В.Лосевым его кристадина. Так уже в 1925 году Е.Лилиенфельд получил патент на устройство близкое к современным полевым транзисторам, но без реальной демонстрации его работоспособности.Кстати этот патент серьёзно ограничил патентные права американцев. Безусловно, что такие идеи были и у Лосева, но как настоящий естествоиспытатель, он признавал истинным только то, что подтверждается в эксперименте. Так в начале 30 годов он провел исследование трехэлектродного полупроводникового элемента, аналогичного современным триодам, но тогда усиления в них получить ему не удалось. До недавнего времени считалось, что в дальнейшем он к этой теме не обращался. Однако недавно в Политехническом Музее в Москве был обнаружена рукописная автобиография О.В.Лосева, датированная 1938 годом, где он, перечисляя свои достижения последних лет, пишет -- «установлено, что с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система аналогичная триоду, как и триод дающая характеристики, показывающие отрицательное сопротивление. Эти работы, в настоящее время, подготавливаются мною к печати». К сожалению, эта статья по неизвестной причине не появилась в печати и её судьба также пока не известна.

7. Недавно в наиболее известном английском научном журнале NATURE была опубликована очень интересная статья, посвященная истории электролюминесценции. В ней очень высоко оцениваются работы О.В.Лосева в этой области. Автор этой статьи, читая работы О.В.Лосева по электролюминесценции, обнаружил весьма любопытный факт. Оказалось, что в одной из работ О.В.Лосева, посвященный исследованию спектра электролюминесценции в карборунде кремния, О.В.Лосев обнаружил сужение спектра излучения с повышением его мощности при увеличении тока. В настоящее время подобный эффект считается прямым доказательством наличия в таком процессе явления индуцированного излучения. Этот факт показывает, что О.В.Лосев причастен даже к изобретению полупроводникового лазера.

Приведённые выше выдающиеся достижения, полученные О.В.Лосевым на протяжении его короткой, но чрезвычайно насыщенной творчеством жизни, не исчерпывают полученных им научных результатов. Так ещё предстоит оценить цикл работ О.В.Лосева, посвященных открытому им в 1925-1926 годах новому явлению в нелинейной радиотехнике, названному им трансгенерацией. Кроме того мало известно о его работах по электрокардиологии, которые он проводил на кафедре физики в Первом Ленинерадском медицинском институте, где он работал в последние годы жизни. Известно в частности, что, экспериментируя на себе, он заставлял своё сердце синхронно сокращаться в такт с внешними электрическими импульсами. Сейчас это общеизвестная процедура, но не нужно забывать, что это происходило более 70 лет назад. Вообще для научного подхода О.В.Лосева было характерно браться только за нерешенные или мало разработанные проблемы и при этом практически всегда достигал блестящих результатов.

Приведенные выше достижения О.В.Лосева показывают, что в его лице отечественная наука имеет уникального ученого, аналогично которому трудно найти даже в истории мировой науки, Но всё же, если искать в истории физики личность, похожую на Лосева, то в первую очередь приходит на память имя знаменитого английского ученого Майкла Фарадея. Как и он, О.В.Лосев был ученым-самоучкой, и все свои исследования выполнял единолично. Как и Фарадей, Лосев обладал изумительной физической интуицией, которая его также никогда не подводила. Кроме того, оба они были виртуозами эксперимента с поразительной работоспособностью и преданностью науке. Но самое главное, наверное, в том, что они оба фактически стояли у истоков научно-технических революций. Исследования Фарадея стали фундаментом революции в области электричества, а Лосев стоял у истоков современной революции полупроводниковых приборов. Есть, конечно, и различия. Если Фарадей уже при жизни был признан и получил причитающиеся ему по праву почести и, кроме того, прожил вполне счастливую жизнь, то Лосев, к сожалению, не имел ни того, ни другого. Конечно, они жили в различные эпохи, но самое главное в том, что они жили и работали в различных странах, где по-разному ценят талантливых людей.

В настоящее время проявляется большой интерес к личности О.В.Лосева, связанный прежде всего с начавшейся революцией в области освещения на основе светодиодов. Сейчас на Западе широко обсуждается вопрос о приоритете изобретения этого прибора. В настоящее время на это имеют право трое учёных: англичанин Генри Роунд (H.Round), О.В.Лосев и американец Ник Холоньяк (Nuck Holonyak). В настоящее время большинство специалистов считают, что изобретателем светодиода является О.В.Лосев. Тем не менее, в России имя Лосева до настоящего времени известно явно не достаточно. Хотя в связи с 100- летием со дня его рождения, которое отмечалось в 2003 году, по инициативе ИФМ РАН была проведена всеросийская конференция по фотонике, посвященную О.В.Лосеву, эта инициатива не нашла поддержки со стороны средств массовых коммуникаций. До сих пор не было никаких передач как по радио, так и на телевидении, посвященных трагической жизни и научному подвигу нашего выдающегося соотечественника. Наши обращения к известным телеведущим (в том числе и местным), занимающихся проблемами истории отечественной науки, до сих пор остаются без ответа.
На Западе это имя Лосева известно лучше. Обычно о нем там пишут как, russian genius Oleg Vladimirovich Losev, видимо хотят подчеркивают этим особое к нему уважение.

В заключении мне бы не хотелось вдаваться в пространные объяснения причин такой исторической несправедливости по отношению к памяти нашего национального гения.
Мне кажется сейчас более целесообразно сосредоточится на подготовке к 110-летию со дня рождения О.В.Лосева 9 мая 2013 года. Было бы интересно услышать мнение на этот счет не только специалистов в области физики и техники полупроводниковой электроники, но специалистов в области средств массовых коммуникаций, а также представителей власти, ответственных инновационное развитие России. Имя Лосева вполне может быть новым символом возрождения великих традиций российской науки.

Вопросы, замечания и предложения можно направлять на имя автора этой статьи.

Новиков Михаил Афанасьевич.
Ведущий научный сотрудник
ИФМ РАН, Нижний Новгород,
e-mail: mnovik<>ipm.sci-nnov.ru