Моя партия – Российская академия наук
Жорес Алферов
Нобелевский лауреат, вице-президент РАН верит, что Россия сможет в ближайшее десятилетие вернуться в список мировых научных лидеров
Я сразу попал на чрезвычайно интересное, важное и новое направление
— Жорес Иванович, что подтолкнуло вас к тому, чтобы стать физиком?
—Для человека очень важно встретить правильного педагога. Мне повезло. В нашей 42-й школе в Минске в послевоенные годы собрался очень сильный учительский коллектив. У меня был замечательный учитель физики Яков Борисович Мельцерзон. Он вообще не представлял, как можно не любить физику. Зная, что я увлекаюсь электроникой, он мне сказал, что лучше всего ей учат в Ленинградском электротехническом институте имени В.И. Ульянова (ЛЭТИ). Я помню, мой отец, работавший инженером в целлюлозно-бумажной промышленности, говорил: «Ну что ты выбрал эту электронику? Электронов никто не видел…»
— Как и почему вы начали заниматься полупроводниками?
— Здесь много случайностей и совпадений. На втором курсе я сделал доклад на студенческой научной конференции о работах по фотоэффекту знаменитого русского физика Александра Столетова. Доклад понравился Наталье Николаевне Созиной, сотруднице кафедры физики вакуума, где занимались полупроводниковыми фотосопротивлениями. Она позвала меня работать на кафедре, и я с удовольствием согласился. Начал заниматься полупроводниками. А дальше мне очень повезло, потому что меня распределили в Физтех —Физико-технический институт. Я не знал тогда, что Абрам Федорович Иоффе уже ушел из института, не знал о его трагических последних годах в Физтехе. Помню, как написал маме письмо: «Я иду работать в Физтех, где Абрам Федорович Иоффе». В Физтех пришел 30 января 1953года. Тогда заведующим сектором в лаборатории полупроводников был кандидат физико-математических наук Владимир Максимович Тучкевич, ставший потом академиком и Героем Социалистического Труда. Он у меня спросил: «Осциллограф включать умеете?», а когда узнал, что я два года работал на ставке инженера, сразу повел меня в лабораторию. Мы тогда выполняли специальное задание правительства, тема «Плоскость», создание первых советских транзисторов на PN-переходах. Транзисторы — это для того времени новая физика и новая технология. Так я сразу попал на чрезвычайно интересное, важное и новое направление. У меня есть лабораторный журнал, в котором записано, что наш транзистор с приличными характеристиками сделан мною 5 марта 1953 года.
Быстрее, меньше, мощнее
— Нам сейчас кажется, что у полупроводников нет альтернативы. А тогда были какие-то пути расхождения в физике? Кто-нибудь говорил, что полупроводники — это не перспективно, а нужно делать что-то совсем другое?
—Разумеется. Ученые достаточно консервативны. Они и работают прежде всего с тем, что знают, и верят в то, что уже есть. Первая электронная машина ЭНИАК, созданная в 1945 году в Штатах, работала на десятичной, а не на двоичной системе и была построена на 18 тыс. ламп. Она весила 20 или 30 т, потребляла 200 кВт мощности и предназначалась для расчета траектории артиллерийских снарядов. Тогда шутили, что мощность взрыва этого снаряда и мощность, затраченная на расчет его траектории, примерно одинаковы. В 1949 году, когда американцами уже были созданы первые плоскостные транзисторы, передний край вычислительной техники базировался только на лампах. В 1960 – 1961 годах, когда и Джек Килби, и Роберт Нойс сделали свои первые кремниевые чипы, они не находили применения, поскольку многие выступали категорически против этого «нововведения». Если бы не ракетная программа «Минитмен» и не проект полета космического корабля «Аполлон», кремниевые чипы в микроэлектронику вошли бы спустя еще три-семь лет.
— Сегодня дела обстоят так же?
—Сейчас альтернативы полупроводникам пока нет. Есть две полупроводниковые «колонны», на которых базируется современная электроника— кремниевая микроэлектроника, переходящая в нано, и полупроводниковые гетероструктуры, которые решают все проблемы оптоэлектроники, СВЧ и многого другого. Мы здесь как раз бьемся над проблемой, как их «поженить», что даст очень много полезных результатов. Но альтернатива уже появляется. Это проводящие полимеры. Они много отнимут у кремниевых полупроводников, и уже отнимают. Так получилось, что Нобелевскую премию по физике за разработку полупроводниковых гетероструктур мы получали с Гербертом Кремером в 2000 году. Тогда же была присуждена Нобелевская премия по химии американским исследователям Алану Хигеру, Алану Макдиармиду и Хидеки Ширакаве из Японии за открытие и развитие проводящих полимеров. Алан Хигер в своей нобелевской лекции сказал: «Проводящие полимеры обладают электрическими и оптическими свойствами металлов и полупроводников и в то же время сохраняют привлекательные механические свойства полимеров, а также преимущества их обработки». Но это — ниша. Полупроводники, кремний вместе с гетероструктурами решают значительно более общие задачи.
— Что скрывается за красивым термином «гетероструктура»?
—Это полупроводниковая структура, в которой меняется химический состав. Меняя химический состав, вы управляете свойствами материала. В одной структуре реализованы разные полупроводниковые материалы. Для массы полупроводниковых приборов часто для одного дела нужен материал с малой шириной зоны, а для другого — с большой. В лазерах работает идея двойной гетероструктуры (ДГС), когда вы делаете узкозонную часть в середине, а по краям так называемые широкозонные эмиттеры. Лазеры — прекрасное изобретение, полупроводниковые лазеры — великолепное. Это были компактные лазеры, крошки, но они работали только при температурах жидкого азота и жидкого гелия. А наша идея дала возможность этой крошке работать при комнатной температуре
— Как проходил процесс «родов»?
— Так как максимальный эффект может быть получен при использовании гетероперехода между полупроводником, выступающим в качестве активной области приборов, и более широкозонным материалом, наиболее перспективными системами, рассматривавшимися в то время, были GaP-GaAs и AlAs-GaAs. Для «совместимости» материалы «пары» должны удовлетворять первому и самому важному условию: наиболее близкие значения постоянных решеток. Поэтому гетеропереходы в системе AlAs-GaAs были предпочтительней. Однако для того, чтобы начать работы по получению и исследованию свойств этих гетеропереходов, требовалось преодолеть некоторый психологический барьер. К тому времени AlAs был ужедавно получен, но многие свойства этого соединения оставались неисследованными, так как было известно, что AlAs химически нестабилен и разлагается во влажной атмосфере. Возможность получения устойчивого и приспособленного для практических приложений гетероперехода в этой системе казалась малоперспективной. Первоначально наши попытки создать ДГС были связаны с решеточно- несогласованной системой GaAsP. Мы успешно изготовили первые лазеры на основе ДГС в этой системе методом газофазной эпитаксии (ГФЭ). Однако, из-за несоответствия параметров решетки, лазерная генерация, как и в лазерах на гомопереходах, могла осуществляться только при температуре жидкого азота. К концу 1966 года мы пришли к выводу, что даже небольшое несоответствие параметров решеток в гетероструктурах GaPAs-GaAs не позволяет реализовать потенциальные преимущества ДГС. В то время сотрудник моей группы Д.Н. Третьяков сообщил мне, что с мелкими кристаллами твердых растворов AlGaAs различных составов, полученными два года назад путем охлаждения из расплава и положенными А.С. Борщевским в ящик стола, ничего за это время не случилось. Тотчас же стало ясно, что твердые растворы AlGaAs химически устойчивы и подходят для изготовления долгоживущих гетероструктур и приборов. Дальнейший прогресс в области полупроводниковых гетероструктур был стремительным. Прежде всего, мы экспериментально подтвердили уникальные инжекционные свойства широкозонных эммитеров и эффект суперинжекции, продемонстрировали стимулированное излучение в A1GaAs-ДГС, установили зонную диаграмму Al GaAs-GaAs-гетероперехода, тщательно изучили люминесцентные свойства и диффузию носителей в плавном гетеропереходе, а также чрезвычайно интересные особенности тока через гетеропереход, например, диагональные туннельно-рекомбинационные переходы непосредственно между дырками из узкозонной и электронами из широкозонной составляющих гетероперехода. В это же самое время мы создали большинство наиболее важных приборов, в которых были реализованы основные преимущества гетероструктур: низкопороговые ДГС – лазеры при комнатной температуре; высокоэффективные светодиоды на одиночной гетероструктуре (ОГС) и на ДГС; солнечные элементы на гетероструктурах; биполярные транзисторы на гетероструктурах; тиристорные p-n-p-n-переключатели на гетероструктурах.
Летом 1969 года на конференции по люминесценции в США я сделал доклад о наших «комнатных» лазерах, который произвел эффект разорвавшейся бомбы. Развитие физики и технологии полупроводниковых гетероструктур привело к значительным переменам в нашей повседневной жизни. Электронные устройства на основе гетероструктур широко используются во многих областях человеческой деятельности. Едва ли возможно вообразить нашу жизнь без телекоммуникационных систем, основанныхна лазерах с двойной гетероструктурой (ДГС), без гетероструктурных светодиодов и биполярных транзисторов, без малошумящих транзисторов с высокой подвижностью электронов (ВПЭТ), применяющихся в высокочастотных устройствах, в том числе в системах спутникового телевидения и мобильных телефонах. Лазерс ДГС присутствует теперь фактически в каждом доме в проигрывателе компакт-дисков. Солнечные элементы с гетероструктурами широкоприменяются как для космических, так и для земных программ — космическая станция «Мир» 15 лет использовала солнечные элементы на основе AlGaAs-гетероструктур.
Ум, честь, совесть и находчивость
— Это была впечатляющая победа советской науки.
— Во многом обеспеченная поддержкой советской академии наук. В АН СССР всегда были замечательные президенты, начиная с Александра Петровича Карпинского, который был первым выбранным президентом еще Российской академии с мая 1917 года. До этого президента назначал сам император. Потом президентом стал Владимир Леонтьевич Комаров, выдающийся ботаник. Комарово под Ленинградом названо в его честь. После войны президентом АН СССР был избран Сергей Иванович Вавилов. Когда он умер, этот пост занял Александр Николаевич Несмеянов и занимал его в течение десяти лет. Потом был самый выдающийся, на мой взгляд, президент нашей академии —Мстислав Всеволодович Келдыш. После него — Анатолий Петрович Александров. Это были совершенно разные люди и по характеру, и по подходу. Они работали в разных областях науки. Но их объединяло одно: это были выдающиеся ученые, бесконечно преданные своему делу, науке и стране. М.В. Келдыш сыграл огромную роль в моей жизни. В 1971 году он приехал в Ленинград, в наш институт, и пришел в мою лабораторию. Я сижу в своем крошечном кабинете, и тут заходят академики Келдыш, Прохоров, Овчинников, Скрябин, Миллионщиков — словом, весь президиум академии наук. Последним вошел наш директор, академик Владимир Максимович Тучкевич, и сказал: «Жорес, у вас три минуты». То есть я за три минуты должен все рассказать! Я говорю: «Мстислав Всеволодович, как доехали?» Он говорит: «Хорошо». — «Как здоровье?» — «И здоровье нормально». Я говорю: «Ну так я вам желаю, чтобы и дальше у вас все было успешно со здоровьем, что еще за три минуты я могу сказать?» Мстислав Всеволодович улыбнулся и ответил: «Жорес Иванович, у вас столько времени, сколько вы считаете нужным». Он провел у меня в лаборатории два с половиной часа. Я ему многое показал прямо в эксперименте, рассказал о физике гетероструктур и так далее. Он был далек по своей специальности от нас, но, когда задавал вопросы, было видно, что он прекрасно понял значение нашей работы. Мстислав Всеволодович много помогал нам и позже. Когда мы были выдвинуты на Ленинскую премию, он назвал нашу работу революцией в электронике. С моей точки зрения, главное назначение научного руководителя столь высокого ранга — вовремя поддержать перспективное научное исследование.
Главная проблема — это невостребованность наших научных результатов экономикой и обществом
— Вы прожили в науке много эпох и можете сравнить, когда науке уделялось большее внимание. Как вы можете охарактеризовать сегодняшнее положение российской науки?
— Это очень тяжелый вопрос. Самая большая проблема отечественной науки сегодня — даже не низкое финансирование. Оно в 2000-е годы изменилось кардинально. Деньги есть, хотя их заметно меньше, чем это было в советские времена. Раза в три примерно. Но главная проблема в другом. Это невостребованность наших научных результатов экономикой и обществом. Почему мы любим вспоминать советский период? Потому что мы были нужны. При этом люди по-разному относятся к политическим аспектам той эпохи. А когда вы нужны, и деньги находятся, и лабораторию новую вам построят, и оборудование закупят. Когда произошел развал Союза, эта могучая система была разрезана на 15 частей. Тем самым мы подорвали нашу экономическую мощь. Мы за эти 20 лет потеряли массу технологий, основы которых были созданы. Электронная промышленность была во всех 15 республиках. А сегодня она только в России, причем заметно меньше, чем было раньше, и в Белоруссии.
— Каким вы видите выход из этого положения?
— Наш президент блестяще сформулировал задачу страны, когда сказал, что к 2020 году необходимо обеспечить 25 млн рабочих мест в секторе высоких технологий. Позже при встрече он мне сказал, что имел в виду в первую очередь бизнес. Я ответил, что это задача для всей страны, потому что требует и развития собственных научных исследований, и разработок, и изменений в системе образования. Мы иначе должны готовить специалистов для решения новых задач. Это касается в первую очередь наших сырьевых отраслей, именно туда нужно направить новые высокотехнологичные разработки, потому что, имея огромное богатство, мы находимся на низком технологическом уровне. Нам нужно осваивать арктический шельф —это тоже новые технологии. Почти все новые технологии базируются на электронике и связаны с ней. Только вернув стране лидирующие позиции в науке и высоких технологиях, мы можем обеспечить ее процветание. Мы были в списке мировых лидеров, и мы должны вернуть себе эти позиции. Мы сейчас работаем с массой интересных и перспективных проектов. Но для того чтобы их осуществлять, нужны деньги. И очень важно, чтобы результаты нашей работы были востребованы промышленностью. Фундаментальная наука будет развиваться только тогда, когда развивается промышленность на высоких технологиях. В этом отношении я люблю цитировать Джорджа Портера — бывшего президента Лондонского королевского общества. У него есть замечательная фраза: «Наука вся прикладная, только какие-то приложения возникают быстро, а какие-то — через столетия». Все, чем мы живем, чем пользуемся, — это приложение научных исследований.
— Сейчас часто приходится слышать, что академия наук нуждается в реформировании. Скоро будут выборы президента академии. Каковы ваши стратегические планы в случае вашего избрания?
— Прежде всего, заметное усиление роли отделений академии наук. В том числе — и в первую очередь — специализированных отделений. Региональные отделения у нас достаточно мощные, и лучшим я считаю Сибирское отделение РАН. Там и ученых настоящих больше осталось, поскольку уезжать из Сибири было несколько сложнее, чем из Москвы и Петербурга, и промышленность сохранилась лучше —остались действующие высокотехнологичные предприятия. Ну и сам по себе Академгородок —замечательная вещь. Михаил Алексеевич Лаврентьев, выбравший место и создавший Академгородок, — гений. Очень много делает для развития науки в Сибири нынешний председатель СО РАН — академик Александр Леонидович Асеев, выросший в Сибири в выдающегося ученого современности. Что касается специализированных отделений РАН, сегодня они практически утратили свою роль и в основном решают вопрос о выборах новых членов. В советское время эти отделения имели значительно больше возможностей и прав. И это правильно. Нынешнее усиление требует в том числе и перераспределения бюджета, и еще массы дополнительных мер. Это не так просто, но это нужно делать. Далее. Мы гордимся не только мировыми открытиями нашей академии наук в физике, математике и других науках, мы гордимся тем, что она изменила роль страны в новых технологиях. Не надо забывать, что атомный проект —это тоже академия наук. Все Нобелевские премии получены в академии наук. И сегодня у нашей академии есть большие достижения, есть работы мирового класса, которые порождают новые технологии. Мы недавно проводили научную сессию нашего отделения нанотехнологий и информационных технологий, а это, между прочим, единственное междисциплинарное отделение в академии. У нас в секции нанотехнологий работают и биологи, и физики, и химики, и материаловеды. И вот на этой сессии были представлены блестящие доклады и работы Александра Сергеевича Соболева и Георгия Павловича Георгиева по адресной доставке нанолекарств, Константина Георгиевича Скрябина, блестяще развивающего геномные и постгеномные технологии. Так что потенциал у академии есть. Мы сегодня много занимаемся бионанотехнологиями и хотим учить ребят не только физике и математике, но биологии и медицине. Это то, что нужно делать.
— Вы будете развивать мультидисциплинарность?
— Мой коллега по Сколковскому совету, лауреат Нобелевской премии Роджер Корнберг, блестящий биохимик, мне как-то сказал: «Создание новых лекарств требует знания квантовой механики». Это правильный подход, в том числе и к образованию. И мы его реализуем здесь, в рамках нашего Академического университета. В нашей стране в сфере финансирования науки существуют всевозможные строгие правила, которые нужно менять. Если вы делаете что-то новое, вам нужны новые правила, в старых вы это не сделаете. Который год я не могу получить дополнительное финансирование для Академического университета, чтобы открыть новые кафедры. Финансирование выдается, исходя из расчета того, что есть. Но из расчета того, что есть, я никогда не сделаю то, что надо. Я убедил руководство Госдумы в том, что нам необходимо дополнительное финансирование, они приняли постановление, а Минфин сказал: нет, это не проходит по правилам. В советские времена правительство поручало нам сделать что-то новое, поскольку было известно, что «там» оно есть, а у нас еще нет. Когда мы что-то предлагали, конечно, мы просили и новые лаборатории, и оборудование, и валюту. И это давалось специальными постановлениями, но при этом ставилась задача, которую нужно было решить. А сегодня вместо того, чтобы ставить задачу и затем распределять средства для ее решения, сначала начинают распределять деньги. И вот это — по правилам. Но для новых задач они не годятся. Нужны новые правила.
— С политикой вы дружите?
— Я стараюсь от нее дистанцироваться. В советское время депутатами Верховного Совета были академики Ю.Б. Харитон, И.В. Курчатов, А.П. Александров, М.В. Келдыш. И они занимались подготовкой законов, предложений для развития науки и образования, работали в комитетах высокотехнологичных отраслей промышленности, науки, образования, здравоохранения. Поэтому я в 1989 году дал согласие баллотироваться в народные депутаты СССР, считая, что буду заниматься тем же самым. Но произошел развал СССР, и у меня осталось чувство крайнего неудовлетворения от всей общественно-политической деятельности.
— Но в партии какой-нибудь вы состоите?
— Не состою. Моя единственная партия — Российская академия наук.
