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
| Устройство | Как помогают гетероструктуры |
|---|---|
| оптоволоконный интернет | маленькие лазеры передают сигнал вспышками света |
| светодиоды | яркий свет при малом расходе энергии: лампы, экраны, фонари |
| мобильная связь | быстрые транзисторы в усилителях телефонов и базовых станций |
| сканеры штрихкодов, CD и DVD | лазер читает рисунок или дорожку |
| солнечные батареи на спутниках | многослойные 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.