К Зеленограду у меня особое отношение
Жорес Алферов
Нобелевский лауреат, академик РАН Жорес Алфёров прочитал открытую лекцию в МИЭТе перед студентами и сотрудниками вуза, зеленоградскими учеными, школьниками и учителями. Лекция «Эффективное преобразование и генерация света» была посвящена истории науки и открытиям выдающихся ученых с начала 20 века, работам и технологиям, созданным в СССР и в России при участии самого Алфёрова и его коллег, роли микроэлектроники и Зеленограда, а также будущему этой области науки.
Свою лекцию учёный посвятил Году света, которым ООН объявила 2015 год, а его визит в Зеленоград, с которым у Жореса Алфёрова давние научные связи, был приурочен к 50-летнему юбилею МИЭТа. Лекция уже звучала в других вузах и городах мира, но Алфёров подчеркнул, что к Зеленограду у него особенное отношение.
«Я рад снова побывать в вашем замечательном городе. Впервые я приехал в Зеленоград в 1963 году, когда только что возникшие лаборатории размещались в жилых домах. — Рассказал он. — А сейчас, несмотря на все потери и события, Зеленоград — признанный центр микроэлектроники не только в России, но и в мире. Созданный здесь Московский институт электронной техники с самого начала закладывал новые традиции обучения в этой чрезвычайно важной области высоких технологий, с моей точки зрения, самой важной сегодня на планете».
Зал ДК МИЭТ был переполнен настолько, что стояли и сидели в проходах, а опоздавшие вовсе не смогли войти. Для них оперативно запустили трансляцию лекции на экранах в первом корпусе МИЭТа. 85-летнего нобелевского лауреата зрители приветствовали стоя. Овации вызвало и объявление ректора МИЭТа Юрия Чаплыгина: Жорес Алфёров только что принял предложение ученого совета МИЭТ стать почётным профессором зеленоградского вуза. По окончании лекции ему вручили диплом, мантию и академическую шапочку, соответствующие этому званию.
«Работы, за которые Жорес Иванович был удостоен нобелевской премии, связаны с микроэлектроникой и с гетероструктурами, на базе которых делаются лазеры, СВЧ интегральные схемы — эта тематика очень важна для нас в МИЭТе и в Зеленограде», — сказал Юрий Чаплыгин.
От Эйнштейна до гетероструктур
Жорес Алфёров углубился в историю мировой науки и исследований световых явлений, начав с работы Эйнштейна «Эвристическая точка зрения на генерацию и преобразование света» (1905 год), которая перевернула представления о свете в науке — именно за неё, а не за теорию относительности, Эйнштейн получил в 1921 году нобелевскую премию. Затем последовал рассказ о научных достижениях Полтера, Иоффе, Жолио-Кюри, Курчатова; о развитии атомных проектов в США и СССР и Джеймсе Хекмане, по словам которого, научно-технический прогресс 20 века полностью определялся соревнованием этих двух стран — «Жаль, что эти соревнования закончились».
Нобелевский лауреат рассказал своей жизни в науке, о коллегах-ученых и принципах научного сотрудничества, действующих над границами стран и континентов. О решении энергетических проблем человечества: ядерных реакциях деления, открытых Отто Ганом, и реакциях термоядерного синтеза, которые стали отправной точкой для исследований с целью «зажечь солнце на земле» или получить водородное оружие в 50-х годах.
«Как использовать реакции термоядерного синтеза для получения энергии? На первой международной конференции по управляемому термоядерному синтезу в 1958 году было заявлено, что ожидать промышленного использования такой энергии можно через 20 лет… Спустя десятилетия этот прогноз не изменился», — сообщил Алфёров. Ученые бьются над этой задачей до сих пор, и до 90-х годов лидерами в исследованиях были лаборатории СССР и США.
Большие изменения произошли благодаря разработке принципов создания лазеров, после чего лазерные технологии нашли широкое применение. В 60-х годах появились полупроводниковые лазеры, созданные в СССР и на западе, которые с высоким КПД превращали энергию в лазерное излучение, реализуя таким образом принципы Эйнштейна на полупроводниках. Проблема заключалась в том, что они работали только при низких температурах. При комнатной температуре полупроводниковые лазеры заработали позже — в 2000 году Алфёров и Крёмер получили нобелевскую премию за работы по развитию полупроводниковых гетероструктур для сверхвысокочастотных СВЧ- и оптоэлектронных систем. Вместе с ними премию присудили Джеку Килби за вклад в изобретение интегральных микросхем.
Зачем возник Зеленоград
«Не могу не уделить внимание теме зарождения микроэлектроники, находясь в Зеленограде, — отметил Алфёров. — Создание транзистора в 1947 году стало одним из выдающихся научных событий 20 века, Шокли, Бардин и Браттейн получили за это нобелевскую премию в 1956 году. Мне посчастливилось хорошо знать всех троих и много общаться с Джоном Бардиным, это был замечательный человек и великий физик-теоретик, единственный из физиков, получивший также вторую нобелевскую премию — за теорию сверхпроводимости.
Джек Килби в 1956 году, работая в фирме „Texas Instruments“ (Даллас, США), во время летнего отпуска пришел к идее изготовления микросхем на базе одного полупроводникового материала и продемонстрировал это на кусочке германия. Позже он рассказывал, что на него обрушились за это — „дорого, невыгодно, ненадежно и не нужно“. В 1961 году Роберт Нойс создал технологию изготовления интегральных схем, близкую к современной, на базе свойств кремниевых соединений и принципов диффузии и фотолитографии, но она также не встретила энтузиазма.
Первые схемы содержали несколько транзисторов на кремниевой пластине — в современных чипах их миллионы. Коммерческий успех к кремниевым чипам в США пришел после того, как их решили использовать руководители ракетной и космической программ, несмотря на их дороговизну. В нашей стране значение изобретения кремниевой микросхемы было оценено почти сразу, и уже в 1962 году специальным постановлением ЦК Коммунистической партии и Правительства был создан Зеленоград как центр советской микроэлектроники.
Зеленоград был задуман очень разумно: одновременно создавались и крупнейшие микроэлектронные предприятия, сейчас это „Микрон“ и „Ангстрем“, предприятия и КБ технологического машиностроения, великолепный Институт материаловедения и завод „Элма“. Такой комплекс микроэлектроники был уникальным для всего мира. В Белоруссии появился центр „Планар“, где создавали технологическое оборудование — и наша микроэлектроника получила возможность успешно соревноваться с самыми развитыми странами.
В 1985 году министр электронной промышленности СССР Колесников, встретив меня, сказал: „Я сегодня проснулся в холодном поту — мне приснилось, что „Планара“ больше нет. А значит, нет и электронной промышленности“. Тогда это был сон, а в 1991 году он стал явью. „Планар“ выжил, но его положение в мировой микроэлектронике утрачено. Его спасли китайские заказы, сегодня делает заказы и Зеленоград, слава богу, что у нас с Белоруссией нормальные отношения».
Лазеры и солнечные батареи
По полупроводниковым гетероструктурам России удалось сохранить позиции — Алфёров рассказал об изобретениях и исследованиях, которые произошли в этом направлении с непосредственным участием самого ученого и его коллег с 60-х годов, о развитии лазерных технологий и технологий солнечной энергетики.
«В частности, сверхрешетки, впервые теоретически рассмотренные Келдышем в 1962 году, и наше предложение использовать двойные гетероструктуры породили „комнатные лазеры“ в определенном спектральном диапазоне. Для его расширения появилась идея стимулированного излучения сверхрешеток, предложенная Казариновым и Сурисом [Роберт Арнольдович Сурис работал до 1988 года в зеленоградском НИИФП, присутствовал на лекции — Zelenograd.ru]. Между теоретическим предсказанием и экспериментальным осуществлением прошло 23 года, когда на фирме „Белл“ сделали такие лазеры. Для этого потребовалось развить технологию выращивания гетероструктур с точностью до атомного слоя — она появилась у нас в 70-х годах. Без развития технологий невозможно реализовать многие научные идеи».
В области создания солнечных батарей Советский Союз изначально был впереди: «Мы сделали это намного раньше американцев, у них только писали первые статьи, а у нас уже спутники летали на солнечных батареях, в космосе это практически единственный источник энергии. На высоких орбитах для этого используются гетероструктуры», — отметил Алфёров. Также гетероструктуры, которым учёный посвятил значительную часть своей жизни в науке, оказались эффективными для применения в светодиодах, наиболее перспективном и современном источнике света на сегодняшний день.
«Наша страна могла бы занимать ведущее положение в этой области, так как по исследованиям мы были впереди или на уровне мировой науки, — считает учёный. — Проблема наземного использования солнечной энергетики не новая, ею занимался еще Иоффе со своими учениками. В 1974 году, когда разразился энергетический кризис, американцы запустили масштабную программу развития солнечной энергетики, у нас тоже она была. Тогда стоимость 1 Ватта электромощности, производимой солнечными батареями, составляла 100 долларов — сегодня на кремниевых солнечных батареях с КПД 18% (для наземной энергетики) 1 Ватт стоит 1 доллар, дешевле, чем энергия атомных станций.
Изменения произошли именно в последние годы: солнечная энергетика начала конкурировать с обычной. Она неистощима и решает все задачи человечества на очень далекое будущее. А фотовольтаика полупроводников — наиболее экономичный метод преобразования энергии, на трехпереходных гетероструктурах можно получить КПД до 50%. Мировой рекорд сегодня 46%, в промышленном производстве — до 40%. Да, эта технология дороже, но она выгодна благодаря системе постоянного слежения за солнцем, низкой температурной зависимости и другим параметрам. По прогнозам, к 2020 году она начнет отодвигать другие технологии.
В 2000 году нобелевскую премию по химии получили также ученые за открытие проводящих полимеров, которые позволяют производить полупроводниковые приборы и солнечные батареи принципиально иным способом: печатать солнечные батареи как газеты. Как будет развиваться эта технология — пока неясно. Но у меня нет никаких сомнений, будущее — за солнечной энергетикой, в её развитие нужно вкладывать средства и Россия должна занимать соответствующее место в этой области».
«Открыть транзистор могли бы и мы»
Выступая в Зеленограде, Жорес Алфёров подчеркнул, что электроника и микроэлектроника по-прежнему являются самым большим двигателем технологического прогресса, предоставляющим огромные возможности для развития высоких технологий и науки в целом. Для этого необходимо объединение усилий физиков, химиков, материаловедов, инженеров-электронщиков и специалистов в области информатики.
«Важно понимать во время учебы, что учиться тяжело, но нужно изучать новые программы — всё новое рождается именно на пересечении разных областей науки», — сказал он, обращаясь к студентам. — Советую вам смотреть и слушать лекции других нобелевских лауреатов по физике, химии, физиологии и медицине — я сам это часто делаю, их сейчас легко найти в интернете. Эти лекции представляют огромный интерес для расширения знаний: нобелевских лауреатов сурово предупреждают, чтобы мы читали лекции очень популярно, и вместе с тем каждый из нас в своей лекции излагает сегодняшнее состояние той области, в которой он работает".
Всей остальной аудитории учёный адресовал свои надежды на будущее, в котором научный прогресс мог бы стать новой идеологической основой для всего общества: «Открытие транзистора могло бы произойти в нашей стране. Идеи создания транзисторов были еще в предвоенные годы, Иоффе вёл систематическую работу в области полупроводников с начала 30-х. Но это произошло в Америке после войны — инициатором исследований стала компания „Белл“, поставившая задачу ученым не только создать электронный переключатель вместо электромеханического для телефонии, но и повести исследования, которые подтвердили бы справедливость квантовой теории для конденсированного состояния. Мы в то время отдали все свои силы создаваемым атомным центрам.
И я думаю, дай бог, чтобы мы дожили до того времени, когда руководство российских компаний и власть, обращаясь к науке, начали бы ставить определенные задачи. Зеленоград — один из центров науки. Хочу, чтобы это понимали все, в том числе власть имущие.
Сегодня много говорят, что мы страна без идеологии, у нас её нет и быть не должно. Но еще Маркс писал, что наука это производительная сила общества, и в советское время это было законом. Надо понимать, что это и есть идеология и философия. Развитие мировой цивилизации происходит благодаря созданию новых технологий, которые рождаются в результате научных исследований. Министр энергетики Саудовской Аравии сказал: „Каменный век кончился не потому, что наступил дефицит камня“. И век нефти кончится не потому, что кончится нефть — совершенно очевидно, развитие цивилизации идёт с развитием науки и созданием новых технологий».
Вопросы и ответы
После лекции учёный ответил на несколько вопросов специального корреспондента Zelenograd.ru Елены Панасенко.
— Какие прорывные технологии, на ваш взгляд, изменят образ жизни человечества в перспективе 10-20 лет?
— Предсказывать будущее лучше умеют писатели, а не ученые — для этого нужно меньше знать и больше фантазировать. В том, что будущее энергетики за солнечной энергетикой, я абсолютно уверен.
— Каковы перспективы интегральной фотоники в Зеленограде — применения оптических межсоединений вместо металлических при изготовлении чипов? Год назад в интервью на зеленоградском «Микроне» вы говорили о сотрудничестве с зеленоградским предприятием по этому направлению.
— Исследования идут, но когда наступит реализация — сказать не могу. Это по-прежнему очень серьезная и интересная проблема, которой уже много лет, в которой появляются новые подвижки и достижения, но мы еще по-прежнему далеки от решения. В моём академическом университете действует лаборатория фотоники Алексея Евгеньевича Жукова, мы взаимодействуем с «Микроном» по этой части. Думаю, это дело близкого будущего.
— Как вы оцениваете последние действия Минобрнауки по увольнению ректоров ведущих технических вузов, в частности, МАИ, и вообще реформированию вузов? Грозит ли подобное зеленоградскому МИЭТу?
— Оцениваю отрицательно! Надеюсь, что МИЭТу это не грозит, МИЭТ замечательный институт, имеет очень хорошего ректора. И я думаю, что вообще возрастное ограничение, введенное и в вузах, и в научных институтах — это полная и абсолютная глупость. Омолаживать нужно совершенно иначе, нельзя это делать таким административным способом, сажать вместо ректоров-профессионалов юристов, экономистов, менеджеров, бог знает кого. Это должен быть естественный процесс: молодежь появляется тогда, когда работа движется по-настоящему, тогда и академия становится молодой, и ректора продвигаются молодые. А когда реформы делают бюрократы, которые в этом ничего не понимают — ничего хорошего не получится.
— Как сопредседатель научно-консультативного совета фонда «Сколково», как вы оцените сегодняшнее состояние проекта, спустя шесть лет после его создания — он состоялся, провалился, точка невозврата пройдена?
— Нашему совету непрерывно подчеркивают, что он консультативный — мы даём рекомендации, а пользоваться ими или нет, решают без нас. Могу сказать, что у Сколково имеется немало конкретных достижений, но мне хотелось бы, чтобы Сколково родило настоящие технологические прорывы — это дело будущего.
— А в Зеленограде сейчас есть тенденции к возникновению таких прорывов?
— Думаю, в Зеленограде во-первых МИЭТ должен готовить специалистов для прорывов, слава богу, его сохранили и сохранили хорошо. Во-вторых, единственным центром микроэлектроники в стране сегодня является компания «Микрон».
