Анна Ливанова - Физики о физиках

Первое и непременное условие такой селекции полупроводников — поистине «хирургическая», небывалая в истории техники чистота материалов и препаратов. Раньше пределом считалась очистка до сотых процента. Теперь не предел миллионные, даже миллиардные доли процента. Соблюдение абсолютной чистоты при изготовлении полупроводников требует, чтобы даже в самом воздухе не было ни малейших следов других материалов.

Еще на заре исследований Иоффе подчеркивал решающее влияние примесей на свойства полупроводников. Последующее тщательное изучение установило, сколь велико это влияние. Примеси не только чрезвычайно сильно меняют величину электропроводности; они могут изменить даже знак проводимости: из отрицательной, электронной она станет «дырочной», положительной, или наоборот.

Есть полупроводник — сернистый свинец. На один атом свинца приходится атом серы. Если в образце окажется некоторый избыток свинца, то он будет электронным полупроводником. А избыток серы сделает его дырочным полупроводником.

Значит, не только посторонние атомы — это примеси для полупроводника. Его собственные атомы, остающиеся «за бортом» химического соединения, становятся примесями: они создают или добавочные источники электронов, что влечет электронную проводимость, или, наоборот, центры прилипания электронов; тогда на месте уходящих электронов появляются «дырки» и возникает дырочная проводимость.

Таким образом, открывается широкий простор для всевозможных комбинаций полупроводников и получения материалов с желаемыми свойствами.

Развивалась теория, росла техника, и коэффициент полезного действия термоэлектрогенераторов неуклонно повышался. Какие же пути для его роста отыскивал Иоффе? Прежде всего повышение температуры. Температуру полупроводникового термоэлемента можно поднимать так высоко, как только позволяет жаростойкость материала. Поэтому первый путь сводится к поискам и созданию максимально жаростойких полупроводниковых материалов.

Но есть на этом пути и подводные камни. Такой термоэлемент — твердое тело, кристалл. Чем сильнее его греть, тем большими становятся тепловые колебания кристаллической решетки, а следовательно, непроизводительная затрата энергии. Иоффе со своими учениками нашел способ уменьшать, частично гасить тепловые колебания. Но это было все-таки паллиативное решение.

Если нельзя «улучшить» решетку, то, может быть, можно вовсе обойтись без нее? Иоффе предлагает совершенно новые типы термоэлементов — вакуумный и плазменный. «Рабочий газ» — электроны — теперь будет двигаться не между атомами кристаллической решетки, а в вакууме или в плазме.

Если при переходе от металлических термопар к полупроводниковым кпд поднялся от долей процента к процентам, то для термоэлектрогенераторов, работающих на новом принципе, он подходит уже ко второму десятку, и очевидны возможности дальнейшего значительного увеличения его.

Блестящая идея Иоффе усиленно развивается во всем мире. «Много лет мы изучали термоэлектрические свойства полупроводников и возможность их использования для практики, и мало кто этим интересовался за пределами нашей лаборатории, — вспоминал Иоффе. — Но как только появились технические перспективы, свыше 80 лабораторий в США и многочисленные лаборатории в других странах включились в работу по полупроводниковым термоэлементам».

Исследования Иоффе и его школы по полупроводникам — классика в самом высоком смысле этого слова. Недаром на всем земном шаре Иоффе зовут «отцом полупроводников», а его монографию «Полупроводниковые термоэлементы» — небольшую книгу, в которой нет и двухсот страниц, — за границей именуют «библией термоэлектричества». Недаром эта работа Иоффе стоит первой среди достижений науки, удостоенных Ленинской премии 1961 года.

«Моя личная тема в настоящее время — полупроводники, — писал Иоффе в 1957 году. — Стал бы я заниматься ими, отказавшись от прежде интересовавших меня вопросов, если бы не считал их важным орудием будущей техники? И что бы я мог сделать в одиночку, без коллектива друзей и учеников? Какое удовлетворение могли бы мне доставить достигнутые успехи, если бы не надежда, что они внесут свою долю в общее великое дело, улучшат жизнь нашего и будущих поколений?»

— Старик опять увлекся, — бывало, не без иронии говорили сотрудники всякий раз, когда у Иоффе появлялась новая идея.

А такое случалось часто. Мозг Иоффе был какой-то удивительно питательной средой для возникновения порой совершенно неожиданных научных идей. Один из его учеников вспоминал, что Иоффе за много лет вперед видел те проблемы, которые должны стать решающими для развития и теории и практики:

— В этом отношении сила предвидения, проявленная им множество раз на глазах моего поколения, казалась волшебной. Не раз мы сомневались в его прогнозах, такими смелыми и неожиданными они нам казались, и, как правило, жизнь показывала, что мы ошибались, а он оказывался неизменно прав.

Другой ученик и близкий сотрудник Иоффе, Монус Самойлович Соминский, подчеркивал, насколько велика была научная прозорливость Иоффе и сила его фантазии, многим не только недоступная, но даже и непонятная:

— Некоторые обыватели в науке считали Иоффе неисправимым фантазером. Одни вкладывали в это слово какой-то постыдный смысл, другие придавали ему полупрезрительное значение. «Фантазер! Он всегда рисует фантастические картины, верит в их осуществимость и никогда не может спуститься с Олимпа на Землю», — так говорили посредственности и с самодовольной снисходительностью относились к мудрым и прозорливым высказываниям Иоффе. Они расценивали его далекие, а потому и непонятные для них научные предвидения не более как несбыточную фантастику и своим близоруким, ограниченным умом не могли понять того, что так четко, так зримо понимал Иоффе. Он действительно любил фантазировать, но его фантазии никогда не покидали твердой реальной почвы, не парили в небесах невозможного, а являлись проявлением изумительной научной прозорливости. Фантазии, воображение и мечтания были неизменными спутниками его долгой научной жизни, и он с легкостью и охотой отдавал себя в их власть.

В нынешние годы все мы свидетели того, как поразительно быстро воплощаются в жизнь самые, казалось, невероятные предвидения и проекты. Нет нужды перечислять их, все свершается у нас на глазах. Но и раньше великие умы понимали, как значительна роль воображения, фантазии в поступательном движении цивилизации.

Маркс писал: «Воображение — это великий дар, так много содействовавший развитию человечества».

«Все высокое и прекрасное в нашей жизни, науке и искусстве создано умом с помощью фантазии и многое — фантазией при помощи ума, — говорил Пирогов. — Можно смело утверждать, что ни Коперник, ни Ньютон без помощи фантазии не приобрели бы того значения в науке, которым они пользуются».