8–11Нобелевская премия

Жорес Алфёров: его открытие есть в каждом телефоне

Когда вы смотрите видео по домашнему интернету, сигнал часть пути проходит по оптоволокну в виде вспышек лазера. Такой лазер, маленький и экономный, стал возможен благодаря работам Жореса Алфёрова. В 2000 году он получил Нобелевскую премию по физике. Рассказываем, что такое гетероструктуры и почему без них не было бы современной электроники.

Для 8–11 классов.

Мальчик из Витебска

Жорес Иванович Алфёров родился 15 марта 1930 года в Витебске. Имя ему дали в честь французского политика Жана Жореса, а старшему брату в честь Карла Маркса: Маркс. Брат погиб на фронте в 1944 году, и Алфёров всю жизнь вспоминал его.

После школы с золотой медалью он окончил Ленинградский электротехнический институт и пришёл в Физико-технический институт имени Иоффе. Почти вся его научная жизнь прошла там. В 1953 году молодой сотрудник участвовал в создании первых советских транзисторов.

Что такое гетероструктура

Вся электроника построена на полупроводниках, материалах, которые проводят ток то лучше, то хуже в зависимости от условий. Самый известный полупроводник кремний. Обычный прибор делают из одного полупроводника, в который добавляют разные примеси.

Гетероструктура это бутерброд из тонких слоёв разных полупроводников, например арсенида галлия и арсенида алюминия-галлия. На границах слоёв электроны и свет ведут себя иначе, чем внутри одного материала: их можно запереть в нужном слое, как воду между двумя плотинами. Так можно сделать лазер, который светит ярко, тратит мало энергии и умещается на кончике иглы.

Идея была красивой, но долго считалась неосуществимой: слои разных кристаллов плохо стыкуются, на границе возникают дефекты. Алфёров с сотрудниками подобрали пары материалов с почти одинаковой решёткой и научились выращивать их слой за слоем. В 1970 году они создали первый полупроводниковый лазер на гетероструктурах, работавший при комнатной температуре.

Нобелевская премия

В 2000 году половину премии по физике разделили Жорес Алфёров и американец немецкого происхождения Герберт Крёмер «за разработку полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной электроники и оптоэлектроники». Вторую половину получил Джек Килби, изобретатель интегральной микросхемы.

После премии Алфёров говорил, что самое важное в его жизни не награды, а то, что его работы используют миллионы людей, часто даже не подозревая об этом.

Где работают гетероструктуры

УстройствоКак помогают гетероструктуры
оптоволоконный интернетмаленькие лазеры передают сигнал вспышками света
светодиодыяркий свет при малом расходе энергии: лампы, экраны, фонари
мобильная связьбыстрые транзисторы в усилителях телефонов и базовых станций
сканеры штрихкодов, CD и DVDлазер читает рисунок или дорожку
солнечные батареи на спутникахмногослойные элементы с высоким КПД

Похожие лазеры встроены и в датчики, которые в некоторых телефонах помогают камере навести резкость и распознают лицо владельца.

Лицей для школьников

Алфёров считал, что наука начинается со школы. В 1987 году при Физтехе он открыл Физико-техническую школу для одарённых школьников, а позже создал Академический университет, где школьники, студенты и учёные работают рядом. Сейчас университет носит его имя.

Свою Нобелевскую премию он вложил в фонд поддержки образования и науки, который даёт стипендии школьникам и студентам. Жорес Алфёров умер 1 марта 2019 года в Петербурге.

Разберём на занятии

На живых занятиях преподаватель объясняет школьные темы через такие истории: так правило или формула запоминается с первого раза.

Первое занятие бесплатное: можно посмотреть формат вместе с ребёнком и решить, подходит ли он.

Частые вопросы

Почему лазер такой маленький?

Гетероструктура запирает и электроны, и свет в очень тонком слое. Поэтому лазеру не нужна большая трубка с газом, как у первых лазеров: хватает кристалла размером меньше песчинки.

Сколько было нобелевских лауреатов по физике из России и СССР?

Больше десяти, начиная с Павла Черенкова, Игоря Тамма и Ильи Франка в 1958 году. Последние Андрей Гейм и Константин Новосёлов в 2010 году, но они работали в Англии.

Где в школе изучают полупроводники?

В физике 10–11 класса: электрический ток в полупроводниках, диоды и транзисторы. Иногда эти темы встречаются на ЕГЭ.