В знаменитом на весь мир Петербургском Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе журналисты - большая редкость. Попасть в эту альма-матер гетероструктур, полупроводников и светодиодов обычно непросто. Как сказали бы в прежние годы, "объект засекречен". Но для делегации российских и белорусских журналистов сделали исключение. Ведь приехали мы сюда с благородной миссией - рассказать о начале реализации союзной программы "Прамень".
В переводе с белорусского "прамень" означает "луч". Почему так названа строго научная программа, призванная ускорить работу в таком перспективном направлении, как создание приборов на основе полупроводниковых светодиодов (в основе которых в свою очередь гетеро структуры), диодных и импульсных лазеров, становится понятно, когда знакомишься с разработками ведущих ученых института.
Многие из них, к слову, числят себя учениками нобелевского лауреата академика Жореса Алферова. Именно Жорес Иванович в 1960-х годах начинал здесь данную работу.
Начинали с попыток создания экономичного лазера. Тот, что имелся, требовал большого питания, а мощность выдавал скромную. Молодому доктору наук Алферову удалось добиться прорыва, создав ныне сверхпопулярные гетероструктуры. Это кристаллы, состоящие из полупроводниковых слоев различного химического состава. Каждый полупроводник имеет свои характеристики, что важно, когда их объединяют в одной многослойной гетеросистеме. Российско-белорусская программа гетероструктур предполагает работу по нескольким направлениям. Каким? Слово специалистам.
Доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории квантоворазмерных гетероструктур Сергей Иванов:
- Одна из наших задач - создание зеленых лазеров. Этот цвет - составная часть системы цветного изображения. Его характеристики таковы, что можно брать маломощный лазер, и он при этом будет видеть лучше, чем более мощный красный, который, замечу в скобках, может даже повредить сетчатку глаза. Отсюда большие возможности применения именно зеленого лазера.
Скажем, в лазерном телевидении высокого разрешения. Или в компактных лазерных проекторах, которые могут быть вмонтированы в смартфоны. Речь здесь идет уже о наногетероструктурах. В совместной на протяжении последних семи лет работе с коллегами из Беларуси мы используем гетероструктуры, которые обладают максимальной эффективностью излучения в зеленом диапазоне. Мы уже опубликовали не одну статью, посвященную данной теме, в специализированных журналах, заинтересовавших ученых всего мира.
Чего успели достичь? Создали одну импульсную установку мощностью 150 милливатт. Ее КПД пока всего 5%. Но это уже лучше, чем установки в немецких лабораториях. Да и по стоимости конструкция существенно дешевле. То есть создается реальная возможность выхода на мировой рынок с продуктом, аналогов которому нет...
Доктор наук, заведующий лабораторией инфракрасной оптоэлектроники Юрий Яковлев:
- Те лазерные приборы, над которыми работают в Институте им. Иоффе, могут быть использованы для обнаружения взрывчатых веществ. Ведь как бы кто ни паковал их, а все равно будет утечка. И наш прибор может ее почувствовать. Он, конечно, не будет дешевым. Потому что в нем используются дорогие лазеры. Но один как минимум вполне можно будет установить на аэродроме. Лазеры нужны и для сверхчувствительных, с большой разрешающей способностью приборов. Россия - страна, богатая нефтью.
Но не все знают, что при ее добыче нефтяной фонтан бьет из земли только первые минуты. Затем поднимают ее из недр, предварительно закачав в скважину воду. И потребовался прибор - анализатор - для измерения количества воды в нефти. Мы разработали его на основе трех светодиодов. Пока как макет. Наша задача комплексная, создать элементную базу. То есть светодиоды, лазер. Портативные же анализаторы на базе нашей разработки будет делать белорусская сторона. Программа рассчитана на 4 года. Первый уже на исходе. В конце 2014-го, думаю, можно будет говорить о конкретных результатах...
Кандидат наук, старший научный сотрудник лаборатории физики полупроводниковых гетероструктур Николай Малеев:
- Ровно 10 лет назад я ездил в Беларусь, где говорил с коллегами из Минского научно-исследовательского института радиоматериалов о необходимости совместных разработок. Реально сотрудничать мы начали чуть позже. Минчане были первыми, кто поздравил нас с созданием первой в России промышленной технологии гетероструктурных сверхчастотных транзисторов. Эти приборы стоят сейчас на различных объектах, в том числе оборонного значения. Сейчас в разработке мобильные телефоны, в которых установлены две интегральные схемы различного типа...
Наглядный пример работы Института журналисты смогли увидеть в одной из лабораторий, где всех ждал своего рода сюрприз - уникальная установка, созданная под руководством члена-корреспондента РАН, руководителя Центра физики наногетероструктур Института им. Иоффе Петра Копьева.
Петр Сергеевич сам провел небольшую экскурсию:
- Перед вами установка для молекулярно-пучковой эпитаксии. Проще говоря, для выращивания гетероструктур заданной толщины с моноатомно гладкими гетерограницами и с заданным профилем. Это наша отечественная установка, созданная с использованием зарубежных комплектующих материалов. В ней два модуля, передаточные кабели. Потому что есть структуры, которые состоят из двух несмешиваемых компонентов и не могут быть выращены в одной камере. Там имеется подложка. И на нее из источников направляются пучки паров от металлов тех веществ, из которых мы хотим создать гетероструктуры. Там в буквальном смысле идет атомная сборка нужных металлов. Мы сажаем компоненты с точностью до долей монослоев и на то место, на какое хотим. Можно назвать это квантовой точкой - кластером из атомов одного материала внутри матрицы другого. Слишком мудрено? Возможно. Но абсолютно точно такая технология позволяет создать атомы с уникальными, нужными нам свойствами. Самой этой установке 2 года. Создана она в рамках специальной программы Министерства образования и науки РФ. Теперь будет работать на программу "Прамень" в рамках технологии создания гетероструктур квантового размера...
Людям, далеким от физики, может показаться не очень понятным многое из того, о чем здесь рассказано и что показано там, в Институте им. Иоффе гостям из Москвы, Петербурга и Минска. В таких случаях, советуют специалисты, смотрите вокруг себя: мобильные телефоны, плазменные телевизоры, навигационные приборы, волоконные оптические линии связи, атмосферные лидары... Современная наука открывает человечеству все новые возможности. Не отстать от нее промышленным технологиям, производителям - вот задача номер один для россиян и белорусов. Вот для чего и "Прамень". То есть луч знаний плюс умений ученых двух братских народов во благо своих сограждан.
Участвовать в реализации программы помимо Физико-технического института им. Иоффе призваны также с российской стороны Академический физико-технологический университет и объединение "Светлана", с белорусской - Минский институт физики.