Вклад Абрикосова и Гинзбурга в теорию сверхпроводников

6.  
   ^ Развитие информационно-коммуникативных технологий. Жорес Алфёров

 
Жорес Иванович Алферов родился  в Белоруссии, в Витебске, 15 марта 1930 г. По совету школьного учителя  Алферов поступил в Ленинградский  электротехнический институт на факультет  электронной техники.  
 
В 1953 он окончил институт и как один из лучших студентов был принят на работу в Физико-технический институт в лабораторию В.М.Тучкевича. В этом институте Алферов работает и поныне, с 1987 – в качестве директора.  
 
Эти данные авторы реферата обобщили, используя Интернет-публикации о выдающемся физике современности (11, 12,17).  
В первой половине 1950-х годов лаборатория Тучкевича начала разрабатывать отечественные полупроводниковые приборы на основе монокристаллов германия. Алферов участвовал в создании первых в СССР транзисторов и силовых германиевых тиристоров, а в 1959 защитил кандидатскую диссертацию, посвященную исследованию германиевых и кремниевых силовых выпрямителей. В те годы была впервые высказана идея использования не гомо-, а гетеропереходов в полупроводниках для создания более эффективных приборов. Однако многие считали работу над гетеропереходными структурами бесперспективной, поскольку к тому времени создание близкого к идеальному перехода и подбор гетеропар казались неразрешимой задачей. Однако на основе так называемых эпитаксиальных методов, позволяющих варьировать параметры полупроводника, Алферову удалось подобрать пару – GaAs и GaAlAs – и создать эффективные гетероструктуры. Он и сейчас любит пошутить на эту тему, говоря, что «нормально – это когда гетеро, а не гомо. Гетеро – это нормальный путь развития природы».  
 
Начиная с 1968 развернулось соревнование ЛФТИ с американскими фирмами Bell Telephone, IBM и RCA – кто первый разработает промышленную технологию создания полупроводников на гетероструктурах. Отечественным ученым удалось буквально на месяц опередить конкурентов; первый непрерывный лазер на гетеропереходах был создан тоже в России, в лаборатории Алферова. Эта же лаборатория по праву гордится разработкой и созданием солнечных батарей, успешно примененных в 1986 на космической станции «Мир»: батареи проработали весь срок эксплуатации до 2001 без заметного снижения мощности.  
 
Технология конструирования полупроводниковых систем достигла такого уровня, что стало возможным задавать кристаллу практически любые параметры: в частности, если расположить запрещенные зоны определенным образом, то электроны проводимости в полупроводниках смогут перемещаться лишь в одной плоскости – получится так называемая «квантовая плоскость». Если расположить запрещенные зоны иначе, то электроны проводимости смогут перемещаться лишь в одном направлении – это «квантовая проволока»; можно и вовсе перекрыть возможности перемещения свободных электронов – получится «квантовая точка». Именно получением и исследованием свойств наноструктур пониженной размерности – квантовых проволок и квантовых точек – занимается сегодня Алферов.  
 
По известной «физтеховской» традиции Алферов многие годы сочетает научные исследования с преподаванием. С 1973 он заведует базовой кафедрой оптоэлектроники Ленинградского электротехнического института (ныне Санкт-Петербургский электротехнический университет), с 1988 он – декан физико-технического факультета Санкт-Петербургского государственного технического университета.  
 
Научный авторитет Алферова чрезвычайно высок. В 1972 он был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР, в 1979 – ее действительным членом, в 1990 – вице-президентом Российской академии наук и Президентом Санкт-Петербургского научного центра РАН.  
 
Алферов – почетный доктор многих университетов и почетный член многих академий. Награжден Золотой медалью Баллантайна (1971) Франклиновского института (США), Хьюлет-Паккардовской премией Европейского физического общества (1972), медалью Х.Велькера (1987), премией А.П.Карпинского и премией А.Ф.Иоффе Российской академии наук, Общенациональной неправительственной Демидовской премией РФ (1999), премией Киото за передовые достижения в области электроники (2001).  
 
В 2000 Алферов получил Нобелевскую премию по физике «за достижения в электронике» совместно с американцами Дж.Килби и Г.Крёмером. Крёмер, как и Алферов, получил награду за разработку полупроводниковых гетероструктур и создание быстрых опто- и микроэлектронных компонентов (Алферов и Крёмер получили половину денежной премии), а Килби– за разработку идеологии и технологии создания микрочипов (вторую половину). 
 
 
^ 7. Вклад Абрикосова и Гинзбурга в теорию сверхпроводников 
 
 
 
 
 
7.1. Алексей Абрикосов 
 
Множество статей, написанных о российском и американском физике, дают нам представление о необычайном таланте и больших достижениях А.Абрикосова как учёного (6, 15, 16). 
 
 А. А. Абрикосов родился 25-го июня 1928 г. в Москве. После окончания школы в 1943 г. он начинает изучать энерготехнику, но в 1945 г. переходит к изучению физики. В 1975 г. Абрикосов становится почётным доктором в Университете Лозанны. 
 
В 1991 г. он принимает приглашение аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе и переселяется в США. В 1999 г. он принимает американское гражданство. Абрикосов является членом разных знаменитых учреждений, напр. Национальной академии наук США, Российской Академии Наук, Королевского Научного Общества и Американской Академии Наук и Искусств. 
 
Помимо научной деятельности он также преподавал. Сначала в МГУ — до 1969 г. С 1970 по 1972 г. в Горьковском университете и с 1976 по 1991 заведовал кафедрой теоретической физики в физтехе, в Москве. В США он преподавал в университете Иллинойса (Чикаго) и в университете штата Юта. В Англии он преподавал в университете Лорборо. 
 
Абрикосов совместно с Заварицким — физиком-экспериментатором из института физических проблем — обнаружил при проверке теории Гинзбурга-Ландау новый класс сверхпроводников — сверхпроводники второго типа. Этот новый тип сверхпроводников, в отличие от сверхпроводников первого типа, сохраняет свои свойства даже в присутствии сильного магнитного поля (до 25 Тл). Абрикосов смог объяснить такие свойства, развивая рассуждения своего коллеги Виталия Гинзбурга, образованием регулярной решетки магнитных линий, которые окружены кольцевыми токами. Такая структура называется Вихревой решеткой Абрикосова. 
 
Также Абрикосов занимался проблемой перехода водорода в металлическую фазу внутри водородных планет, квантовой электродинамикой высоких энергий, сверхпроводимостью в высокочастотных полях и в присутствии магитных включений (при этом он открыл возможность сверхпроводимости без полосы запирания) и смог объяснить сдвиг Найта при малых температурах путём учета спин-орбитального взаимодействия. Другие работы были посвящены теории не сверхтекучего ³He и вещества при высоких давлениях, полуметаллам и переходам металл-диэлектрик, эффекту Кондо при низких температурах (при этом он предсказал резонанс Абрикосова-Сула) и построению полупроводников без полосы запирания. Прочие исследования касались одномерных или квазиодномерных проводников и спиновых стёкол. 
 
В аргонской национальной лаборатории он смог объяснить большинство свойств высокотемпературных сверхпроводников на основе купрата и установил в 1998 г. новый эффект (эффект линейного квантового магнитного сопротивления), который был впервые измерен ещё в 1928 г. Капицей, но никогда не рассматривался в качестве самостоятельного эффекта. 
 
В 2003 г. он, совместно в Гинзбургом и Леггеттом, получил нобелевскую премию по физике за «основополагающие работы по теории сверхпроводников и сверхтекучих жидкостей». 
 
Абрикосов получил очень много наград: член-корреспондент Академии наук СССР (сегодня Академии Наук России) с 1964 г., Ленинская премия в 1966 г., почётный доктор университета Лозанны (1975), Государственная премия СССР (1972), Академик Академии наук СССР (сегодня Академии Наук России) с 1987 г., Премия Ландау (1989), Премия Джона Бардина (1991), зарубежный почётный член Американской академии наук и искусств (1991), член Академии наук США (2000), зарубежный член Королевского научного общества (2001), Нобелевская премия по физике, 2003 
 
 
^ 7.2. Виталий Гинзбург 
 
 
На основе данных, полученных из проанализированных источников (1, 7, 13, 15, 17), мы составили представление о выдающемся вкладе В.Гинзбурга в развитие физики. 
 
В.Л. Гинзбург, единственный ребенок в семье, родился 4 октября 1916 г. в Москве и был. Его отец был инженером, а мать врачом. В 1931 г. после окончания семи классов В.Л. Гинзбург поступил лаборантом в рентгеноструктурную лабораторию одного из вузов, а в 1933 г. безуспешно сдавал экзамены на физический факультет МГУ. Поступив на заочное отделение физфака, уже через год он перешел на 2-й курс очного отделения. 
 
В 1938 г. В.Л. Гинзбург с отличием окончил кафедру "Оптики" физического факультета МГУ, которой тогда заведовал наш выдающийся ученый академик Г.С. Ландсберг. После окончания Университета Виталий Лазаревич был оставлен в аспирантуре. Он считал себя не очень сильным математиком и вначале не собирался заниматься теоретической физикой. Еще до окончания МГУ перед ним была поставлена экспериментальная задача - исследование спектра "каналовых лучей". Работа проводилась им под руководством С.М. Леви. Осенью 1938 г Виталий Лазаревич обратился к заведующему кафедрой теоретической физики будущему академику и лауреату Нобелевской премии Игорю Евгеньевичу Тамму с предложением о возможном объяснении предполагаемой угловой зависимости излучения каналовых лучей. И хотя эта идея оказалась неверной, именно тогда началось его тесное сотрудничество и дружба с И.Е. Таммом, сыгравшего в жизни Виталия Лазаревича огромную роль. Три первые статьи Виталия Лазаревича по теоретической физике, опубликованные в 1939 г., и составили основу его кандидатской диссертации, которую он защитил в мае 1940 г. в МГУ. В сентябре 1940 г. В.Л. Гинзбург был зачислен в докторантуру в теоретический отдел ФИАН, основанный И.Е.Таммом в 1934 г. С этого времени вся жизнь будущего лауреата Нобелевской премии проходила в стенах ФИАН. В июле 1941 г., через месяц после начала войны, Виталий Лазаревич и его семья были с ФИАН эвакуированы в Казань. Там в мае 1942 г. он защищает докторскую диссертацию по теории частиц с высшими спинами. В конце 1943 г. возвратившись в Москву, Гинзбург стал заместителем И.Е.Тамма в теоротделе. В этой должности он оставался последующие 17 лет.  
 
В 1943 г. он увлекся исследованием природы сверхпроводимости, открытой нидерландским физиком и химиком Камерлинг-Онессом в 1911 г. и не имевшей в то время объяснения. Самая известная из большого числа работ в этой области была написана В.Л. Гинзбургом в 1950 г. совместно с академиком и тоже будущим Нобелевским лауреатом Львом Давыдовичем Ландау - несомненно самым выдающимся нашим физиком. Она была опубликована в журнале экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ).  
 
О широте астрофизического кругозора В.Л. Гинзбурга можно судить по названиям его докладов на этих семинарах. Приведем темы некоторых из них:  

•  
  15 сентября 1966 г. "Итоги конференции по радиоастрономии и строение галактики" (Голландия) в соавторстве с С.Б. Пикельнером; 
•  
  5 октября 1967 г. в соавторстве с С.И. Сыроватским "О спектре и ускорении электронов в космических условиях"; 
•  
  12 февраля 1970 г. в соавторстве с Л.М. Озерным "Ограничение на гамма-излучение от квазаров"; 
•  
  21 октября 1971 г. "Новые данные по рентгеновскому и гамма-излучению"; 
•  
  10 февраля 1972 г. в соавторстве с В.В. Усовым "Об атмосфере намагниченных вращающихся нейтронных звезд - пульсаров". 

 
В.Л. Гинзбург опубликовал свыше 400 научных  работ и дюжину книг и монографий. Он избран членом 9 иностранных академий, в том числе: Лондонского Королевского общества (1987 г.), Американской национальной академии (1981 г.), Американской академии искусств и науки (1971 г.). Он награжден  несколькими медалями международных  научных обществ.  
 
В.Л. Гинзбург не только признанный авторитет в научном мире, что и подтвердил своим решением Нобелевский комитет, но и общественный деятель, много сил и времени отдающий борьбе с бюрократизмом всех мастей и проявлениями антинаучных тенденций. 
 
 
Заключение 
 
В наше время знание основ физики необходимо каждому, чтобы иметь правильное представление об окружающем мире – от свойств элементарных частиц до эволюции Вселенной. Тем же, кто решил связать свою будущую профессию с физикой, изучение этой науки поможет сделать первые шаги на пути к овладению профессией. Мы можем узнать, как даже абстрактные на первый взгляд физические исследования рождали новые области техники, давали толчок развитию промышленности и привели к тому, что принято называть НТР. Успехи ядерной физики, теории твердого тела, электродинамики, статистической физики, квантовой механики определили облик техники конца ХХ века, такие ее направления, как лазерная техника, ядерная энергетика, электроника. Разве можно представить себе в наше время какие-нибудь области науки и техники без электронных вычислительных машин? Многим из нас после окончания школы доведется работать в одной из этих областей, и кем бы мы ни стали – квалифицированными рабочими, лаборантами, техниками, инженерами, врачами, космонавтами, биологами, археологами, - знание физики поможет нам лучше овладеть своей профессией. 
 
Физические явления исследуются двумя способами: теоретически и экспериментально. В первом случае (теоретическая физика) выводят новые соотношения, пользуясь математическим аппаратом и основываясь на известных ранее законах физики. Здесь главные инструменты – бумага и карандаш. Во втором случае (экспериментальная физика) получают новые связи между явлениями с помощью физических измерений. Здесь инструменты гораздо разнообразнее – многочисленные измерительные приборы, ускорители, пузырьковые камеры и т.п. 
 
Чтобы познавать новые области физики, чтобы понимать суть современных открытий, необходимо хорошо усвоить уже устоявшиеся истины.  
 
 
Список использованных источников 

1.  
   Авраменко И.М. Россияне – лауреаты Нобелевской премии: Биографический справочник 

 
(1901-2001).- М.: Изд-во «Юридический центр  «Пресс», 2003.-140с. 

2.  
   Альфред Нобель. (http://www.laureat.ru/fizika.htm).
3.  
   Басов Николай Геннадиевич. Лауреат Нобелевской премии, дважды герой 

 
социалистического труда. (http://www.n-t.ru/nl/fz/basov.hhm).  

4.  
   Великие физики. Пётр Леонидович Капица. (http://www.alhimik.ru/great/kapitsa.html).
5.  
   Квон З. Нобелевская премия как зеркало современной физики. (http://www.psb.sbras.ru).
6.  
   Кемарская И «Тринадцать плюс… Алексей Абрикосов». (http://www.tvkultura.ru).
7.  
   Комберг Б.В., Курт В.Г. Академик Виталий Лазаревич Гинзбург - Нобелевский лауреат по

 
физике 2003 г. // ЗиВ.- 2004.- №2.- С.4-7. 

8.  
   Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
9.  
   Лукьянов Н.А. Нобели России.- М.: Изд-во «Земля и человек. XXI век», 2006.- 232с.
10.  
    Мягкова И.Н. Игорь Евгеньевич Тамм, лауреат Нобелевской премии по физике 1958 года. 
    (http://www.nature.phys.web.ru).
11.  
    Нобелевская премия – самая известная и самая престижная научная премия (http://e-area.narod.ru).
12.  
    Нобелевская премия русскому физику (http://www.nature.web.ru)
13.  
    Нобелевскую премию по физике получил российский "убежденный атеист". 

 
(http://rc.nsu.ru/text/metodics/ginzburg3.html). 

14.  
    Панченко Н.И. Портфолио учёного. (http://festival.1sentember.ru).
15.  
    Русские физики получили Нобелевскую премию. (http://sibnovosti.ru).
16.  
    Учёным США, России и Великобритании присуждена Нобелевская премия по физике.

 
(http://www.russian.nature.people.com.cn). 

17.  
    Финкельштейн А.М., Ноздрачёв А.Д., Поляков Е.Л., Зеленин К.Н. Нобелевские премии по

 
физике 1901 – 2004. – М.: Изд-во «Гуманистика», 2005.- 568 с. 

18.  
    Храмов Ю.А. Физики. Биографический справочник.- М.: Наука, 1983.- 400 с.
19.  
    Черенкова Е.П. Луч света в царстве частиц. К 100-летию со дня рождения П.А.Черенкова. 

 
(http://www.vivovoco.rsl.ru).  
 
20. Русские физики: Франк Илья Михайлович. (http://www.rustrana.ru).