Знание-сила, 2008 № 12 (978)

Взгляд со стороны. В любом научнотехническом проекте закоперщиком выступает теоретик. Иногда это теоретик в общепринятом смысле слова, человек, из формул и расчетов которого вытекает возможность создания нового изделия, иногда это человек, в воображении которого будущее изделие прорисовано интуицией, и он тоже в каком-то смысле выступает как теоретик, указывающий исполнителям проекта, что и в какой последовательности делать.

Так или иначе, но этот человек находится далеко впереди всех в части видения будущего изделия и чаще всего именно он становится руководителем проекта, а если нет, то первым советчиком руководителя, эдаким «евреем при губернаторе». Два теоретика в группе из семи человек — не два ли медведя в одной берлоге?

Характерно, что новый теоретик появился по инициативе самого Шокли, им оказался Джон Бардин, защитивший свою PhD-диссертацию в Принстоне в 1936 году и впоследствии работавший в нескольких университетах над квантовой теорией металлов, с перерывом на четыре военных года.

Квантовый компьютер: «дырки» заменяют электроны

Типичный университетчик по стилю работы и складу характера, он тем не менее принял предложение о переходе в «Белл» — семья росла, и профессорского оклада в 3200 долларов годовых (как же изменился доллар за 60 лет!) не очень-то хватало, а здесь ему предложили сразу 6600. Да и сам проект фирмы показался Джону более чем привлекательным. Блистательный физик-теоретик, уже получивший известность в научных кругах США, он без труда разобрался в специфике полупроводников и тотчас включился в работу. Счастливая случайность помогла ему адаптироваться.

Еще учась в Принстоне, он, увлеченный боулингом и бриджем, сошелся со студентом Р Браттейном, который в один из уикэндов пригласил его в свою семью и познакомил со старшим братом Уолтером, научным сотрудником фирмы «Белл». А сейчас У. Браттейн в качестве ведущего физика-экспериментатора входил в группу Шокли. Бардину выделили место в той же комнате, третьим был Дж.Пирсон, тоже экспериментатор, все трое — любители бриджа. Браттейн мог крутить ручки осциллографа хоть 25 часов в сутки, лишь бы была чашка кофе и кто-то рядом, готовый слушать его болтовню. Молчун Бардин подходил для этого как нельзя лучше, тем более, что разговоры экспериментаторов совсем не мешали его мыслям. Естественно, что образовалась неформальная, но прочная связка Браттейн — Бардин. А Шокли с его твердым, порой неуживчивым характером, язвительными репликами, внутренней убежденностью в исключительности и превосходстве всегда держался отстраненно, как бы «над» — может, отсюда и его пристрастие к альпинизму. Окружающие это чувствовали.

Группа Шокли продолжила раскрутку его предвоенного проекта, других идей не было, да и само по себе это предложение каких-либо возражений не вызывало. Однако, как и в 1940 году, полупроводник упрямо не желал реагировать на команды «сетки», если не считать того, что при очень высоких управляющих напряжениях возникали прожоги, а то и микровзрывы. В чем же дело?

Провал с закисью меди был еще ранее вполне логично объяснен, но теперь ситуация в полупроводниках изменилась кардинально. Радиолокационный бум военных лет потребовал существенного усовершенствования полупроводниковых детекторов, известных еще со времен Александра Степановича Попова. Проблему решили, перейдя на использование новых полупроводников — кремния, а потом и германия, в получении которых сотрудники «Белл» оказались впереди всех.

Ремарка историка. Уже к началу войны авиация стала настолько грозной силой, что одна могла решать судьбы сражений, а то и целых кампаний, как это случилось в Норвегии. Ранним утром 9 апреля 1940 года воздушный и морской десанты немцев высадились в Осло, Бергене, Ставангере, и уже через десять дней юг страны капитулировал. А в июле та же воздушная армада немцев в количестве 1300 самолетов начала массированные бомбардировки Англии, готовя вторжение с моря. Английская авиация могла бы выступить почти на равных, но агрессор всегда имеет преимущество в неожиданности времени и места нанесения удара. Вот тогда-то и вспомнили о радиолокаторах (радарах — по-английски), известных еще в 1930-е годы, но развивавшихся ни шатко ни валко. Английские ученые совершили подвиг, оперативно вооружив радарами своих летчиков, — теперь даже ночью они «видели» врага на подлете. «Битва за Британию» была выиграна — 15 сентября 1940 года немцы отменили задуманное было вторжение. Англия вздохнула с облегчением. «Никогда... такое множество людей не было обязано столь многим — столь малому числу людей»; так поздравил У.Черчилль летчиков и ученых.

Итак, группа Шокли получила в свое распоряжение помощников-металловедов, которые могли поставлять кристаллы кремния и германия с любыми заданными свойствами. И тем не менее ни один эксперимент не породил даже надежду на успех. Вот теперь под сомнение попала сама структура, изобретенная Шокли, — не слишком ли она примитивна? Это был его принцип — начинать с простейшего, именно в этом случае неудача должна лишь возбуждать творческую энергию поиска, а не мысль об окончательном провале. С закисью меди разобрались, значит, разберемся и с германием, причем именно в нем, ведь все остальное — аксиоматически ясно.

Ремарка историка. Шокли вообще увлекали философия науки, психология творчества, ему было интересно перебрасывать мостик от физических уравнений к природе человека и человеческой деятельности. Он постоянно искал в истории науки подтверждение своей, в общем-то, здравой концепции возбуждения особенной творческой активности при столкновении с неудачами на пути к цели («creative failure methodology», CFM). Важно лишь, чтобы направление движения было определенно верно, вот здесь-то и полезны прозрачно-простые проекты. Пожалуй, будь он знаком с нашей литературой, ему непременно приглянулась бы «Энергия заблуждения» Б.Шкловского.

Концепция CFM блестяще сработала, но... выбор судьбы пал не на Шокли. Бардин высказал гипотезу, в дальнейшем подтвержденную экспериментально, о том, что значительная часть электронов кремниевого брусочка оседает в неких «ловушках» под поверхностью полупроводника, их заряд экранирует электрическое поле «сетки», не впуская его внутрь кристалла.

В 1947 году Бардин опубликовал статью по «поверхностным состояниям», которая прочно закрепилась в теории полупроводников; тогда же он предсказал, что для экспериментов группы лучше сосредоточиться на германии, пока отставив кремний.

А Шокли тем временем продолжал рутинную деятельность по каждодневному руководству группой и читал лекции своим сотрудникам по физике полупроводников, многое при этом уясняя и самому себе. (Это позволило ему в 1950 году издать толстенную монографию «Электроны и дырки», которая на десятилетие стала настольной книгой исследователей полупроводников всего мира.)