Физик Олег Владимирович Лосев известен миру благодаря двум своим открытиям. История светодиодов: свечение Лосева Лосев ученый
Физик Олег Владимирович Лосев известен миру благодаря двум своим открытиям: он первый в мире показал, что полупроводниковый кристалл может усиливать и генерировать высокочастотные радиосигналы; он открыл электролюминесценцию полупроводников, т.е. испускание ими света при протекании электрического тока.
К сожалению, ученый не получил своевременно объективной оценки своих заслуг со стороны соотечественников. А ведь именно его работы подготовили открытие «транзисторного эффекта», за что профессор Иллинойского университета Джон Бардин в 1956 г. получил свою первую Нобелевскую премию. Да и в основе достижений наших отечественных ленинских и нобелевских лауреатов 1964 г. Николая Басова и Александра Прохорова и нобелевского лауреата 2001 г. Жореса Алфёрова лежат результаты фундаменталъно-прикладных исследований и разработок скромного подвижника науки ж техники - О.В.Лосева. Однако не много найдется людей, кто хоть вскользь прилюдно упомянул бы имя своего скромного предшественника. Пожалуй, только его старший коллега Б.А. Остроумов на сессии ВНТОРЭС в 1952 г. выступил с большим докладом «Советский приоритет в деле создания кристаллических электронных реле по работам О.В.Лосева». По этому докладу сессия предложила издать труды Лосева, доработать его научное наследие и внедрять полупроводники в практику. И уже в 1954 г. Был организован Институт полупроводников АН СССР, директором которого стал один из бывших научных руководителей О.В.Лосева - академик А. Ф. Иоффе.
ЛАМПЫ ПАПАЛЕКСИ
Олег Лосев родился в Твери 10 мая 1903 г. По воспоминаниям друзей и знакомых Олега, отец его был конторский служащий на вагоностроительном заводе, мать - домохозяйка. О тверских его близких родственниках и знакомых пока сведении нет. Точно неизвестно как учился Олег вообще, но известно, что его очень интересовала физика, а его учитель физики Вадим Леонидович Лёвшин (1896-1969) - впоследствии академик, лауреат Сталинской премии 1951 г. - привил своему ученику интерес к научным исследованиям. «Заболел» радиотехникой Олег Лосев в 1916 г., после одной из первых лекций нового начальника Тверской радиостанции внешних сношений, штабс-капитана Владимира Лещинского. Тогда же он познакомился и с его помощником - поручиком Михаилом Бонч-Бруевичем и профессором Рижского политехникума Владимиром Лебединским. Последний часто приезжал в Тверь, чтобы поддерживать своих талантливых учеников и единомышленников в их новаторских устремлениях. Стал частым гостем на радиостанции и школьник Олег Лосев.
Тверская радиостанция внешних сношений появилась в Твери в 1914 году, т.е. в начале первой мировой войны для обеспечения оперативной связи России с её союзниками Англией и Францией. Тверская станция была приёмной и соединялась прямым проводом с обеими российскими столицами, где в Царском селе (под Петербургом) и на Ходынском поле (в Москве) также в спешном порядке были построены две однотипные стокиловаттные передающие станции искрового телеграфа. На территории станции были и два деревянных барака. Аппаратура радиостанции питалась от аккумуляторных батарей, для заряда которых в техническом оснащении станции был предусмотрен бензодвижок с динамо-машиной. Потому электроосвещение на станции действовало только тогда, когда подзаряжался аккумулятор. Кроме того, собственно аппаратура станции была весьма ненадёжна, и, прежде всего, из-за невысокого качества тогдашних, к тому же, и очень дорогих французских радиоламп. Однако ещё хуже были лампы отечественного производства - «лампы Папалекси», которые в небольших количествах выпускались питерским заводом РОБТиТ под наблюдением самого разработчика.
Собственная радиолаборатория для исследований, экспериментов и изготовления собственных пустотных (катодных) реле - так тогда назывались радиолампы - хотя бы для нужд собственной радиостанции на Тверской радиостанции появилась по инициативе Бонч-Бруевича. Для этого он выпросил в физическом кабинете гимназии ненужный там вакуумный насос, кое-что из оборудования где-то ещё выпросил во временное пользование, на собственные деньги купил у местного аптекаря разнокалиберных стеклянных и резиновых трубок ртути для пароструйного насоса Ленгмюра, а в магазине скупил едва ли ни все осветительные электролампочки. Это потом ему удалось тоже выпросить на питерском заводе «Светлана» моток бракованной вольфрамовой проволоки, а на первых порах в качестве нитей накала в своих первых пустотных реле он использовал нити накала осветительных электроламп.
|
Регенеративный приемник “Кристадин” |
Кустарное изготовление радиоламп - дело трудоёмкое, хлопотное и небезопасное, но личный состав станции понимал важность этого дела, потому в лаборатории с энтузиазмом трудились все свободные в данное время от своей вахты и службы. Так что Олегу Лосеву приходилось видеть на Тверской радиостанции не только керосиновые лампы, но и не раз наблюдать, как ловко манипулируют раскалёнными докрасна в керосиновых горелках стеклянными пузырями, одновременно ногами, посредством кузнечных мехов, нагнетая воздух в свои горелки. Став заядлым радиолюбителем, и Олег Лосев устроил дома радиолабораторию. Занимаясь дома всякими поделками, он не чурался и мальчишеских шалостей. Так, например, он иногда звонил по телефону какому-нибудь наугад выбранному абоненту и, услышав его ответ, прикладывал к микрофону какую-нибудь очередную изготовленную им электрическую пищалку или гуделку и представлял себе, как при этом «радуется» на другом конце провода случайный и незнакомый «собеседник».
После Октябрьской революции Тверская радиостанция потеряла своё военное значение и вместе с шестью другими крупнейшими станциями была передана в апреле 1918 г. из Военного ведомства в ведение Наркомата почт и телеграфа. Слух о легендарной «внештатной» радиолаборатории докатился в Москву до самого Ленина. 19 июня 1918 г. коллегия Наркомпочтеля приняла постановление об организации тверской радиолаборатории (ТРЛ) с мастерской со штатом 59 человек при Тверской радиостанции для разработки и изготовления различных радиотехнических приборов и, прежде всего, необходимого количества катодных реле, т.е. радиоламп. Управляющим лабораторией 26 июня стал начальник станции В.М. Лещинский. Ведущим работникам Тверской радиостанции и радиолаборатории при ней были установлены высокие оклады и предоставлены хорошие продовольственные пайки. Однако остальные производственно-бытовые условия в ТРЛ не изменились, потому и возник вопрос о необходимости передислокации ТРЛ в другое место и даже в другой город. Вариантов было много, но выбор пал на Нижний Новгород, поскольку там для размещения радиолаборатории было предложено большое каменное трёхэтажное здание с подвалом, двором и надворными постройками, как и в Твери - на крутом берегу Волги.
СЕНСАЦИОННЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЛАБОРАНТА ЛОСЕВА
С убытием ТРЛ в Нижний Новгород, опустела Тверская радиостанция и «осиротел» Олег Лосев, но увлечений своих не растерял, а потому, летом 1920 г., окончив Тверское училище, решил поступать в Москве в институт связи. А в Москве в сентябре того же года проходил 1-й Всероссийский радиотехнический съезд. Конечно, пропустить такое событие Лосев не мог. Он сумел пробраться на съезд, где и встретил своих старых знакомых: Лещинского В. М., Бонч-Бруевича М.А. и Лебединского.
В. К. Лебединский и пригласил Лосева на работу в НРЛ. Молодой радиолюбитель перед соблазном не устоял и вскоре появился в Нижнем. Новгороде на Откосе в заветном доме № 8. Здесь и привелось Лосеву заниматься исследованием самых ненадёжных и самых капризных элементов тогдашних безламповых приёмников - кристаллических детекторов. И уже 13 января 1922 г. Лосев в детекторе из цинкита обнаружил активные свойства, т.е. способность кристаллов в определённых условиях усиливать и генерировать электрические колебания, а построенный Лосевым в 1922 г. радиоприёмник с генерирующим диодом - «кристадин» - принёс молодому учёному и изобретателю всемирную известность. Зарубежные научные журналы называли кристадин Лосева «сенсационный изобретением», а самого девятнадцатилетнего учёного - «профессором». После изобретения «Кристадина» Лосев стал едва ли ни «богом» радиолюбителей. В период с 1924 и по 1928 годы он получил от радиолюбителей более 700 писем и ни одно из них не оставил без ответа.
Устройство Лосева позволило не только принимать радиосигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Молодому исследователю удалось получить пятнадцатикратное усиление сигнала в головных телефонах (наушниках) по сравнению с обычным детекторным приемником. Радиолюбители, высоко оценившие изобретение Лосева, писали в различные журналы, что «при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно слышать Москву, Нижний и даже заграничные станции». По лосевской брошюре «Кристадин» создавали свои первые приемники тысячи энтузиастов радиосвязи. Более того, кристадины можно было просто купить как в России (по цене 1 руб. 20 коп.), так и за рубежом.
Продолжая исследования, Лосев в 1923 г. на карборундовом детекторе обнаружил ещё одну разновидность активности кристаллов: холодное безинерционное свечение, т.е. способность полупроводников генерировать электромагнитные излучения в световом диапазоне волн. Раньше такого явления он не наблюдал, но прежде и использовались другие материалы. Карборунд (карбид кремния) был испробован впервые. Лосев повторил опыт - и снова полупрозрачный кристалл под тонким стальным острием засветился. Так, немного более 60 лет назад было сделано одно из перспективнейших открытий электроники - электролюминесценция полупроводникового перехода. Обнаружил Лосев явление случайно или тому были научные предпосылки, сейчас судить трудно. Так или иначе, но молодой талантливый исследователь не прошел мимо необычного явления, не отнес его в разряд случайных помех, напротив, обратил самое пристальное внимание, угадал, что оно базируется на еще неизвестном экспериментальной физике принципе. В мировой физике это явление получило название «электролюминесценция» или просто - «свечение Лосева». Практическое использование эффекта свечения Лосева началось в конце пятидесятых годов. Этому способствовало освоение полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, тиристоров. Не полупроводниковыми оставались только элементы отображения информации - громоздкие и ненадежные. Поэтому во всех развитых в научно-техническом отношении странах велась интенсивная разработка полупроводниковых светоизлучающих приборов
А в 1927-1928 годах Олег Владимирович сделал и третье своё открытие: емкостный фотоэффект в полупроводниках, т.е. способность кристаллов преобразовывать световую энергию в электрическую (принцип действия солнечных батарей).
В то время ещё никто не мог дать научного объяснения физическим явлениям, открытым Лосевым в полупроводниках, хотя впервые такую попытку тогда и предпринял коллега и друг Лосева - Георгий Александрович Остроумов (1898-1985), прибывший на работу в НРЛ из Казани в 1923 г вместе со своим старшим братом Борисом Александровичем Остроумовым (1687-1979). Однако попытка эта успехом не увенчалась, поскольку тогдашняя физика ещё не располагала научными фактами и знаниями, которые необходимы были для разработки этой теории. Знания такие поя-вились только в конце второй мировой война, а кристаллический гетеродин Лосева (кристадин) подготовил открытие транзисторного эффекта в 1947 г. американскими учёными Бардиным и Браттейном. Американец Дестрио продолжал исследования «свечения Лосева». Кстати, все зарубежные учёные признавали приоритет открытий Лосева в области полупроводников и, кажется, лишь один Коллац имел своё особое мнение.
После изобретения «Кристадина» Лосев стал едва ли ни «богом» радиолюбителей. В период с 1924 и по 1928 годы он получил от радиолюбителей более 700 писем и ни одно из них не оставил без ответа.
СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СТИМУЛЯТОР СЕРДЦА
Повзрослевший Лосев стал не только более сосредоточенным, но и менее общительным. Во время работы ничто ему не мешало и не могло отвлекать от дела. Когда же ему приходилось что-то мастерить, т.е. работать больше руками, чем головой, он почти всегда что-нибудь тихонъко напевал или насвистывал. По воспоминаниям его коллег, физик Лосев был и Лосевым-романтиком. Однако на эти увлечения у него не оставалось времени: главным в его жизни была работа, работа и работа. К тому же он был и студентом-заочником Нижегородского университета, который он закончил, сдал все экзамены, но из-за какой-то формальности диплома не получил. Хотя, кажется, это его мало беспокоило. Может, по молодости, по житейской неопытности он считал, что главное - это реальные дела, а во¬все не канцелярская справка с печатью. А может, и в силу своей глубокой убеждённости, он, как физик, не мог смириться с тем, что реальным миром управляет не сущность вещей и явлений, а бюрократическое крючкотворство на основе юридических условностей.
Бурное развитие радиотехники во второй половине 20-х годов минувшего века потребовало коренной перестройки всего радиодела в стране. Так, летом 1928 г. в Ленинграде на специальном совещании представителей соответствующих ведомств было вынесено решение объединить НРЛ с ленинградской ЦРЛ (Центральной радиолабораторией), назначить научным руководителем объединённой ЦРД М.А.Бонч-Бруевича и поручить ему установить тематику исследовательских работ в соответствии с новыми научно-техническими требованиями. Сотрудникам НРЛ было предложено переехать в Ленинград для продолжения работы в ЦРЛ. К тому времени О.В. Лосев уже был женат, но его жена¬ Татьяна Чайкина не захотела оставлять Нижний Новгород. В Ленинград Лосев уехал один.
В ЦРЛ О.В.Лосев продолжал свои исследования, начатые в НРЛ. 25 марта 1931 г. лаборант 1-го разряда Лосев был переведён в вакуумную лабораторию Б.А. Остроумова. В эту же лабораторию была «влита» и группа сотрудников, которая разрабатывала тему, достаточно близкую к теме исследований Лосева (меднозакисные выпрямители, детекторы, вентильные фотоэлементы и т.д.). Одно время в этой группе работал и Дмитрий Маляров. Ведущим исполнителем этой темы была В.Н. Лепешинская, а её научным руководителем и стал сам Б.А.Остроумов. Значит, его научное общение с Лосевым еще в НРЛ не пропало даром, а о работах Лосева он как-то при случае рассказал А.Ф. Иоффе (1880-1960). Академик проявил к Лосеву живой интерес и стал привлекать его к исследованиям в области квантовой теории излучений. Под его руководством Лосев работал в целевом институте № 9 и в ГФТИ и продолжал серьезные исследования на переднем крае науки. Без вузовского диплома Лосев часто числился в документах просто лаборантом. Так Олег Владимирович поступил на работу в 1-й Ленинградский медицинский институт, где ему на кафедре физики предложили должность ассистента. Однако Б.А.Остроумов, ставший 15 июня 1937 г. кандидатом физико-математических наук без защиты диссертации и профессором, проявил живое участие в судьбе Лосева. Не забыл о нём и академик Иоффе А.Ф. По его представлению в 1938 г. Учёный совет Ленинградского политехнического института присудил Олегу Владимировичу Лосеву учёную степень, кандидата физико-математических наук и тоже без защиты диссертации. С получением кандидатского диплома. О.В.Лосев обрёл право на педагогическую работу и с осени 1938 г. стал преподавать физику студентам-медикам, не оставляя и научной работы.
Когда началась Отечественная война и немецкие войска подошли к Ленинграду, О.В.Лосев решил эвакуировать только родителей, но удалось ему отправить к родственникам в только отца: мать не могла оставить своего сына одного в прифронтовом городе. Лосев продолжал работу на кафедре физики. Там он разработал систему противопожарной сигнализации, электрический стимулятор сердечной деятельности и портативный обнаружитель металлических предметов (пуль и осколков) в ранах. Очень скоро прифронтовой Ленинград превратился в блокадный, и Лосев стал донором. В начале января 1942 г. от голода умерла, его мать, и Олег Владимирович пожалел, что в свое время отказался от эвакуации. А через несколько дней - 22 января 1942 года - в госпитале мединститута от истощения умер и сам О.В. Лосев. 16 февраля 1942-го от голода умер его друг и коллега по НРЛ и ЦРЛ Д.Е. Маляров, тоже успевший внести свой вклад в создание совместно с Н.Ф. Алексеевым в 1939 г. всемирно известного многорезонаторного магнетрона - прибора для генерирования мощных колебаний СВЧ.
О.В. Лосев, на десятилетия опередивший современную ему физику, занимался не только фундаментальной стороной науки, но и пытался доводить результаты своих исследований до практического применения, что подтверждается его 15-ю авторскими свидетельствами на изобретения, среди которых два - на «кристадины». Он разработал 6 конструкций радиоприёмников, в том числе и один ламповый.
В автобиографии 1939 г. О.В. Лосев назвал имя своего предшественника, отметив, что усилительные свойства кристаллических (галеновых) детекторов впервые обнаружил не он, а некий иностранный учёный ещё в 1910 г. Так что свою заслугу Лосев видел в основном в изобретении кристадинных приёмников, которые и произвели в мире фурор. Кристадины Лосева на длине волны 24 метра работали на нескольких радиостанциях Наркомпочтеля, за что их автор был дважды - в 1922 и в 1925 годах - удостоен премий НКПТ. А в 1931 г. Лосев получил премию за «свечение Лосева» и фотоэффект. С 1931 по 1934 годы О.В.Лосев трижды выступал с докладами о своих работах на Всесоюзных конференциях в Ленинграде, Киеве и Одессе. Также в автобиографии 1939 г. Лосев подтвердил, что с открытием усилительных свойств кристаллов, появилась реальная возможность создания полупроводникового аналога лампового триода, что и реализовали американские учёные Барцин и Браттейн в 1947 г.
Имя Олега Владимировича Лосева сегодня известно разве что узкому кругу специалистов. А жаль: его вклад в науку, в развитие радиотехники таков, что дает право этому ученому-подвижнику на благодарную память потомков.
Ученик пятого класса реального училища дореволюционной Твери Олег Лосев что ни вечер тихо копошился в своей полутайной домашней радиолаборатории, которую оборудовал на средства, сэкономленные от школьных завтраков, и мастерил очередную электрическую "пищалку". И никто подумать не мог, что в скромном вежливом мальчике, выделявшемся среди одноклассников глубиной понимания физики, любовью к экспериментированию, формируется личность целеустремленного исследователя.
А началось все с публичной лекции о беспроволочной телеграфии, как в то время называли радио, с которой выступил начальник Тверской радиоприемной станции Б. М. Лещинский. В четырнадцать лет Олег Лосев делает окончательный выбор: его призвание — радиотехника.
Большой жизненной удачей оказалась для Лосева случайная дорожная встреча с крупнейшим радиоспециалистом того времени профессором В. К. Лебединским. В вагоне пригородного поезда познакомились и навсегда сдружились маститый ученый и увлеченный юноша. Олег зачастил на Тверскую радиоприемную станцию международных сношений, куда Лебединский приезжает из Москвы для научных консультаций.
Идет мировая война — станция занимается перехватом радиосообщений противника. Ученик В. К. Лебединского поручик М. А. Бонч-Бруезич, страстный пропагандист радиодела, всячески опекает юного радиолюбителя. В домашней лаборатории Олега кипит работа: испытываются когерреры, изготавливаются кристаллические детекторы.
Наступил революционный 1917 год. Лосев в это время заканчивает среднюю школу. Он мечтает стать радиотехником. Но для этого необходимо получить специальное образование, и он подает документы в Московский институт связи.
В 1918 году инициативная группа во главе с Бонч-Бруезичем переезжает в Нижний Новгород, где создается первый в Советской России радиотехнический научно-исследовательский институт — Нижегородская радиолаборатория (НРЛ). В. К. Лебединский становится председателем Совета НРЛ и редактором первого отечественного научного радиожурнала «Телеграфия и телефония без проводов» («ТиТбп»). НРЛ сыграла крупную роль в развитии отечественной радиотехники.
Лосев проучился в институте связи всего один месяц и вскоре оказался в Нижнем Новогороде — в кругу своих учителей и покровителей. Не обошлось, конечно, без активной агитации со стороны В. К. Лебединского. Бескорыстный, внимательный педагог взял на себя ответственность за образование молодого человека. Лосев включился в исследовательскую деятельность лабораторий, занятых разработкой новейших для того времени радиотехнических средств.
Увлечение беспроволочной телеграфией в те годы охватывало весь мир. Уже отошла в историю стеклянная трубка с железными опилками — когеррер, и давно освоенный кристаллический детектор переставал удовлетворять растущие запросы радистов. Наступала эра электронной лампы. Однако их было крайне мало, по существу, единственный тип радиолампы Р-5, да и та оставалась пределом мечтаний всех одержимых радиотехникой. Поэтому актуальной задачей тех лет было усовершенствование кристаллического детектора. Эти приборы работали весьма неустойчиво.
Лосев проверяет чистоту поверхности и внешнее строение кристаллов, в различных режимах изучает вольт-амперные характеристики детекторов и оценивает влияющие на них факторы.
Молодой исследователь не покидает Нижегородскую лабораторию сутками: днем проводит эксперименты, ночью занимает "свое место" на площадке третьего этажа, перед выходом на чердак, где стоит его кровать, а одеялом служит пальто. Таким был "комфорт" начала 20-х годов.
Исследуя вольт-амперные характеристики детекторов, Лосев подметил, что некоторые образцы имеют довольно странную кривую, включающую падающий участок. Детектируют они столь же неустойчиво, но что-то подсказывает Олегу, что он на пути к разгадке. В конце 1921 года, во время короткого отпуска в Твери Лосева продолжает опыты в своей юношеской лаборатории. Снова берет цинкит и угольный волосок от старой лампы, начинает испытывать детектор. Что это? В наушниках какая-то далекая станция чисто и громко ведет передачу азбуки Морсе. Такого еще не бывало... Значит — прием не детекторный!
Это был первый гетеродинный прием на основе полупроводникового прибора. Полученный эффект, по существу, являйся прообразом транзисторного эффекта. Лосеву удалось выявить короткий падающий участок характеристики, способный приводить к самовозбуждению колебательный контур. Так, 13 января 1922 года 19-летний исследователь сделал выдающееся открытие. Поймут и теоретически опишут его много позже, а пока — практический результат: радисты всего мира получают в руки простой детекторный приемник, работающий не хуже дорогого лампового гетеродина, при том без громоздких батарей питания, без дефицитнейших электронных ламп и сложной наладки.
Множество материалов испробовал Лосев в качестве рабочего кристалла. Лучшим оказался облагороженный цинкит, получаемый сплавлением в электрической дуге естественных цинкитных кристаллов или чистой окиси цинка. Контактным волоском служила стальная игла.
Описание полупроводникового приемника с генерирующим кристаллом появилось в печати — это было последнее слово радиотехники. Вскоре Олег разработал целый ряд радиосхем с кристаллами и написал для радиолюбителей брошюру с подробными характеристиками приемников и рекомендациями по изготовлению кристаллов.
Сразу после первой публикации открытие Лосева привлекло пристальное внимание зарубежных специалистов. Американский журнал «Рэйдио ньюс» восклицал: «Молодой русский изобретатель О. В. Лосев передал свое изобретение миру, не взяв на него патента!» Один из французских журналов писал тактичнее: «...Лосев обнародовал свое открытие, думая прежде всего о своих друзьях — радиолюбителях всего мира». Приемник Лосева получил название «Кристадин», что означало кристаллический гетеродин. Кристадин принимал слабые сигналы далеких передающих станций, повышал избирательность приема, ослаблял уровень помех.
Волна радиолюбительства охватила молодежь страны, началась «криста-динная лихорадка». Цинкит было трудно достать, пробовали, что попадалось под руку, — любой кристалл. Массовые исследования принесли еще одну находку — галенит (искусственный свинцовый блеск), он неплохо работал, и его было много. Позже ученые будут спорить: почему же в 20-е годы не был открыт транзистор? Почему одаренный исследователь, не исчерпав всех возможностей своего открытия, вдруг оставил его? Что заставило повернуть работу в иное русло? Ответ есть...
В 1923 году, экспериментируя с детектирующим контактом на основе пары «карборунд — стальная проволока», Олег Лосев обнаружил на стыке двух разнородных материалов слабое свечение. Раньше такого явления он не наблюдал, но прежде и использовались другие материалы. Карборунд (карбид кремния) был испробован впервые. Лосев повторил опыт — и снова полупрозрачный кристалл под тонким стальным острием засветился. Так, немного более 60 лет назад было сделано одно из перспективнейших открытий электроники — электролюминесценция полупроводникового перехода. Обнаружил Лосев явление случайно или тому были научные предпосылки, сейчас судить трудно. Так или иначе, но молодой талантливый исследователь не прошел мимо необычного явления, не отнес его в разряд случайных помех, напротив, обратил самое пристальное внимание, угадал, что оно базируется на еще неизвестном экспериментальной физике принципе.
Свечение многократно изучалось на различных материалах, в разных температурных условиях и электрических режимах, рассматривалось под микро-скопом. Лосеву становилось все более очевидным, что он имеет дело с открытием. «Вероятнее, что здесь происходит совершенно своеобразный электронный разряд, не имеющий, как показывает опыт, накаленных электродов», пишет он в очередной статье. Итак, новизна, неизвестность науке открытого свечения для Лосева бесспорна, но понимания физической сущности явления еще нет.
Формулировалось несколько версий по поводу физических причин открытого свечения. Одну из них он высказывает в той же статье: «Вероятнее всего, кристалл светится от электронной бомбардировки аналогично свечению различных минералов в круксовых трубках». Позже, проверяя это объяснение, Лосев помещает различные кристаллы в катодо-люминесцентную трубку и при облучении их сравнивает спектры и силу излучаемого света с аналогичными характеристиками детекторного свечения. Обнаруживается значительное сходство, но вопрос о четком понимании физики явления, по словам Лосева, остается открытым.
Все усилия ученый сосредоточивает на глубоком и детальном изучении светящегося карборундового детектора.
В № 5 журнала «ТиТбп» за 1927 год появляется большая статья «Светящийся карборундовый детектор и детектирование с кристаллами», в которой экспериментатор пишет: «Можно различать два вида свечения... свечение! — зеленовато-голубая, яркая маленькая точка и свечение II, когда ярко флуоресцирует значительная поверхность кристалла». Только через несколько десятилетий выяснится, что в кристаллической решетке карборунда в результате случайного внедрения атомов других элементов создавались активные центры, в которых происходила интенсивная рекомбинация носителей тока, вследствие чего наружу выбрасывались кванты световой энергии.
Экспериментируя с различными сортами кристаллов и разными контактными проволоками, О. В. Лосев делает два важнейших вывода: свечение происходит без выделения тепла, то есть является «холодным», инерция возникновения и потухания свечения чрезвычайно мала, то есть оно практически безынерционно. Теперь мы знаем: эти характеристики свечения, отмеченные Лосевым в 20-е годы, являются важнейшими для сегодняшних светодиодов, индикаторов, оптронов, излучателей инфракрасного света .
Физическая сущность свечения по-прежнему неясна, и О. В. Лосев настойчиво ищет объяснение физики явления. Вскоре он делает одно важное наблюдение, приближающее к пониманию сути процесса: «Под микроскопом можно хорошо видеть, что свечение возникает тогда, когда контактная проволочка касается острых ребер или изломов кристалла...», то есть генерация света происходит на кристаллических дефектах. Технические отчеты за 1927 год, хранящиеся в архивах НРЛ имени В. И. Ленина, подтверждают, насколько обстоятельно велось исследование светящегося карборундового детектора. Изучалось влияние сильного магнитного поля, ультрафиолетового излучения и рентгеновских лучей; поведение в различных средах — испы- тывалась ионизация воздуха, окружающего свечение, исследовалась термоэмиссия различных минералов. Одна за другой отпадают ошибочные версии, шаг за шагом идет накопление ценных знаний. Лосев сам готовит для экспериментов различные сорта карборунда, монтирует испытательные установки, пилит и точит металл, занимается измерениями, ведет рабочие журналы — все сам, от идеи до конечных результатов.
Исследования Лосеза по электролюминесценции получили широкий отклик и признание за рубежом. Его работы перепечатывали иностранные журналы, а открытие получило официальное название — «свечение Лосева». И за границей и у нас делались попытки его практического использования. Сам Лосев получил патент на устройство «световое реле», однако слабая разработка в тот период теории твердого тела и почти полное отсутствие полупроводниковой технологии не позволили при жизни ученого найти работам по электролюминесценции практическое применение. По существу, они относились к проблемам будущего, и до них дошла очередь лишь через 20— 30 лет.
Практическое использование эффекта свечения Лосева началось в конце пятидесятых годов. Этому способствовало освоение полупроводниковых приборов: , . Не полупроводниковыми оставались только элементы отображения информации — громоздкие и ненадежные. Поэтому во всех развитых в научно-техническом отношении странах велась интенсивная разработка полупроводниковых светоизлучающих приборов.
Первым из них стал серийно выпускаться фосфидо-галлиевый светоднод красного свечения. Вслед за ним появился карбидокремниевый диод с излучением желтого цвета. В шестидесятые годы физики и технологи создали зеленый и оранжевый светодиоды. Наконец, в начале текущего десятилетия на антимониде был получен синий светоднод. Параллельно шел поиск новых технологических методов, полупроводниковых материалов и прозрачных пластмасс. В итоге интенсивной работы была значительно увеличена яркость свечения приборов, разработаны различные типы сегментных циф-робуквенных индикаторов, матричных индикаторов и линейных шкал. Приборы с изменяющимся цветом свечения, а также различные типы светодиодных мнемонических излучателей, которые высвечивают разнообразные геометрические фигуры: прямоугольник, треугольник, круг и т. д. В последнее время возник новый класс приборов — модули плоских твердотелых экранов, из которых можно собирать мозаичные экраны и табло нового поколения.
Ученый опередил своих современников. Его заслуга не только в открытии детекторного свечения, но, главным образом, в том, что своими исследованиями он столь остро поставил проблему, что продолжение работ в этой области стало неизбежным. Так, интуиции и настойчивости О. В. Лосева обязано зарождение нового направления электроники — полупроводниковой оптоэлектроники, которое имеет огромное будущее.
Олег Владимирович Лосев (27 апреля 1903, Тверь — 22 января 1942, Ленинград) — советский физик и изобретатель (15 авторских свидетельств), кандидат физико-математических наук (1938 г. за исследования по электролюминисценции, без защиты диссертации).
Изобретатель кристадина (Нижний Новгород, 1929, работы по изучению эффекта усиления на п/п-кристаллах цинкита, детекторный приёмник с генерирующим диодом) и светодиода (Н.Новгород, 1923 — работы по наблюдению люминесценции карбида кремния, февраль 1927 — 2 авторских свидетельства на «Световое реле»).
Умер от голода во время блокады Ленинграда в 1942 году.
Изобретение инженера Лосева, Виктор Жирнов, автор «Эксперт»
Благодаря забытому ныне физику Олегу Лосеву у СССР был шанс создать полупроводниковые технологии намного раньше, чем США
В списке государств — лидеров в области полупроводниковых технологий Россия не значится. Направив основные финансовые и человеческие ресурсы на создание космической техники и разработку атомного оружия, руководители советского государства не сумели своевременно «откорректировать» научный бюджет таким образом, чтобы он пришел в соответствие с быстро менявшимися реалиями НТР.
Между тем анализ истории науки однозначно свидетельствует в пользу того, что при более удачном стечении обстоятельств у Советского Союза были отличные шансы опередить остальной мир в этой технологической гонке. В этом году исполнилось восемьдесят лет со дня создания первого в мире полупроводникового прибора, усиливавшего и генерировавшего электромагнитные колебания. Автором этого важнейшего изобретения был наш соотечественник, девятнадцатилетний сотрудник Нижегородской радиолаборатории Олег Владимирович Лосев . Его многочисленные открытия намного опередили время и, как это, к сожалению, часто случалось в истории науки, были практически забыты к моменту начала бурного развития полупроводниковой электроники.
Пересмотр приоритетов
Летом 2001 года два менеджера американской компании Intel попросили одного из авторов этой статьи составить неформальный список российских ученых, внесших значительный вклад в развитие физики и технологии полупроводников. Составляя список, мы включили в него и Олега Лосева, упомянув, что «О. В. Лосев был одним из пионеров применения полупроводников в практических радиоэлектронных устройствах в начале 20−х годов XX века».
К стыду своему, все, что мы знали тогда о О. В. Лосеве, было подчерпнуто из кратких упоминаний в предисловиях к некоторым отечественным техническим изданиям, преимущественно 50−х годов. Эти упоминания касались в основном демонстрации Лосевым усиления и генерации радиочастотных колебаний с помощью разновидности кристаллического детектора — кристадина. При этом физический принцип действия прибора не описывался. В ответ на запрос Intel мы написали буквально следующее: «Лосев О. В. продемонстрировал первый полупроводниковый трехконтактный усилитель». Реакция коллег из Intel была неожиданной. Кроме обычной в таких случаях благодарности они задали вопрос, в котором содержался неподдельный интерес: если О. Лосев создал первый трехтерминальный полупроводниковый прибор в 20−х годах, то получается, что он создатель первого в мире транзистора, за который Джон Бардин, Уолтер Брэттэн и Уильям Шокли получили Нобелевскую премию в 1956 году.
Просмотрев еще раз информацию о Лосеве в американском учебнике, мы нашли, что его прибор был двухконтактным, а ошибочное утверждение о трехконтактном приборе возникло из-за того, что стандартные электронные усилительные приборы (такие как транзисторы) имеют три контакта, поэтому мы отождествили усилительный прибор с трехконтактным. Тогда как же работал на самом деле усилитель Лосева? Один из авторов статьи вспомнил о двухконтактном приборе, который может усиливать электрический сигнал. Это — туннельный диод, имеющий так называемую N-образную вольт-амперную характеристику (ВАХ). В своем новом письме Intel мы так и написали: «Прибор О. В. Лосева был двухконтактным с N-образной ВАХ, напоминающей туннельный диод». Ответ из Intel последовал незамедлительно: если О. Лосев создал первый туннельный диод в 20−х годах, то как быть с Лео Есаки, который получил Нобелевскую премию (1973 год) за открытие туннельного диода в 1958 году?
Так рутинная историческая справка превратилась в загадку. Впрочем, не меньше удивляли неподдельный интерес американцев — сотрудников Intel и их желание докопаться до сути. Они провели самостоятельные изыскания и установили, что Олег Лосев был к тому же пионером оптоэлектроники и что на эту тему была обширная статья в американском журнале еще в 70−х годах. В таком контексте вполне естественным было поставить вопрос о «пересмотре приоритетов» в нобелевских работах, да и любопытство американских специалистов серьезно стимулировало к дальнейшим поискам.
Труды и дни Олега Лосева
Лосев стал знаменитостью, когда ему едва исполнилось двадцать лет. Например, в редакторском предисловии к статье Лосева «Осциллирующие кристаллы» в американском журнале The Wireless World and Radio Review (октябрь 1924 года) говорится: «Автор этой статьи, Мр. О. Лосев из России за сравнительно короткий промежуток времени приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств у некоторых кристаллов…». Другой американский журнал — Radio News — публикует примерно в то же время статью под заголовком «Сенсационное изобретение». В ней говорилось: «Нет надобности доказывать, что это — революционное радио-изобретение. В скором времени мы будем говорить о схеме с тремя или шестью кристаллами, как мы говорим теперь о схеме с тремя или шестью усилительными лампами. Потребуется несколько лет для того, чтобы генерирующий кристалл усовершенствовался настолько, чтобы стать лучше вакуумной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит».
Работы Лосева по исследованию полупроводников печатались в таких журналах, как «ЖЭТФ», «Доклады АН СССР», Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift и др. Он выступал с докладами на многих всесоюзных конференциях, был премирован Комиссией Наркомпроса.
Один только перечень научных и инженерных достижений Олега Лосева составляет несколько страниц. Из него мы выделим два наиболее ярких результата. Первое — Лосев создал первые в мире полупроводниковые усилитель и генератор электрических сигналов. Он разработал и изготовил практические приемно-передающие устройства на полупроводниках.
Второе достижение Лосева — это пионерские работы в области оптоэлектроники: создание и всестороннее исследование первого в мире светодиода. Поразительно, что для объяснения наблюдаемых эффектов Лосев пользовался понятиями квантовой физики (за несколько лет до формального рождения квантовой механики твердого тела). Отметим также, что для исследования области полупроводника, из которой идет свечение, Лосев использовал трехэлектродные схемы, то есть он фактически продемонстрировал транзисторную структуру (правда, без усиления).
Волшебный кристадин
В 20−е годы было известно, что если к некоторым кристаллам прижать металлическую проволоку, то у них возникает способность принимать (детектировать) радиосигналы. Для демонстрации этого эффекта чаще всего использовались кристаллы галенита (PbS). Однако сам принцип действия детекторов в то время не был известен. К тому же детекторы работали неустойчиво, сигнал на выходе кристаллического детектора был очень слаб и его можно было услышать только с помощью чувствительных наушников.
Олег Лосев стал искать пути усовершенствования детекторов. В процессе исследований в Нижегородской радиолаборатории он обнаружил в детекторе из цинкита (минеральный оксид цинка — ZnO) со стальным острием способность усиливать слабые радиосигналы и возбуждать в радиотехнических контурах незатухающие колебания. Лосев установил фундаментальную закономерность — генерацию или усиление сигнала с помощью двухэлектродного прибора можно получить только в том случае, если он при определенных условиях обладает «отрицательным сопротивлением» (возрастание напряжения на приборе приводит к падению тока). Это открытие и легло в основу радиоприемника, который Лосев создал в 1922 году и назвал кристадином. Свои результаты изобретатель впервые опубликовал в нижегородском журнале «Телеграфия и телефония без проводов» («ТиТбп»).
Устройство Лосева позволило не только принимать радиосигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Молодому исследователю удалось получить пятнадцатикратное усиление сигнала в головных телефонах (наушниках) по сравнению с обычным детекторным приемником. Радиолюбители, высоко оценившие изобретение Лосева, писали в различные журналы, что «при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно слышать Москву, Нижний и даже заграничные станции». По лосевской брошюре «Кристадин» создавали свои первые приемники тысячи энтузиастов радиосвязи. Более того, кристадины можно было просто купить как в России (по цене 1 руб. 20 коп.), так и за рубежом.
Превратности судьбы
Казалось бы, Лосева ожидало блестящее будущее. Но хотя он и получил мировое признание в возрасте двадцати лет, самой высокой научной должностью, которую он когда-либо занимал, была должность старшего лаборанта.
Попытаемся реконструировать обстановку, в которой работал молодой ученый. Пик творческой активности Лосева приходится на 1921−1928 годы, когда он работал в Нижегородской радиолаборатории (НРЛ). И это не случайно — НРЛ была уникальной организацией, подобной с тех пор в России не было. НРЛ была организована в 1918 году по прямому указанию Ленина, и в дальнейшем он лично ее курировал.
По творческой атмосфере, царившей в Нижегородской радиолаборатории в 1918−1924 годах, по широте и результативности исследований ее впору сопоставлять разве что со знаменитой Bell Laboratories в США, которую принято считать самой результативной научно-производственной организацией в мире. НРЛ по структуре и задачам кардинально отличалась как от отраслевых институтов, обслуживающих уже сформировавшиеся узкие технические направления, так и от академических институтов, призванных проводить фундаментальные исследования. В НРЛ, как позднее и в Bell Laboratories, задача ставилась и решалась комплексно: в первую очередь формулировалась широкая практическая задача, и по ходу ее решения ставились фундаментальные научные вопросы. Не было разделения на прикладную и фундаментальную науку — исследователи были и учеными, и инженерами одновременно.
После смерти Ленина статус лаборатории меняется. В 1925 году ее переводят из подчинения Наркомата почт и телеграфа в систему Научно-технического отдела ВСНХ СССР, который подчиняет ее Тресту заводов слаботочной электропромышленности. В 1928 году Нижегородская радиолаборатория прекращает свое существование — ее поглощает Центральная радиолаборатория в Ленинграде (ЦРЛ). Разумеется, в новой организации были свои программы работ. Лаборант Лосев был назначен в группу фотодетекторов. В 1935 году в результате реорганизации ЦРЛ Лосев остался без работы. При помощи друзей ему удается устроиться ассистентом на кафедру физики 1−го медицинского института. На этом его научная работа прервалась. В 1940 году он вновь попытался продолжить исследования, но помешала война.
Въедливый экспериментатор
Представим на мгновение, что работы Лосева получают поддержку, пусть даже очень скромную, — Лосев работает руководителем группы из нескольких человек (даже не лаборатории), у него самостоятельная тема, у него есть возможность участвовать в международных конференциях. Могли ли при таком сценарии работы Лосева приблизить эру твердотельной электроники? С одной стороны, в 1922 году Лосев не знал и не мог знать целого ряда явлений, необходимых для понимания работы кристадина, таких как зонная структура твердого тела (эта теория была разработана в 30−х годах), роль примесей в полупроводниках (понята только в 40−х) и туннельный эффект (открыт в конце 20−х годов).
Но, с другой стороны, были известны дискретная структура атома и концепция квантов. В принципе это уже достаточная база для работы экспериментатора. Существовала и теория газового разряда с лавинным размножением (в таком разряде наблюдается аналогичная ВАХ с отрицательным участком). Методология его экспериментов, выполненных в 1926−1927 годах, была столь удачна, что практически те же экспериментальные приемы используются современными исследователями. Вот что пишет об этих работах известный современный исследователь электролюминесценции в полупроводниках американец Игон Лобнер (к слову, автор лучшего исследования научных достижений Лосева): «Его экспериментальная методология была в основном той же, что мы использовали в лаборатории фирмы RCA, работая с выращенными из расплава монокристаллами фосфида галлия».
Поразительной была и интуиция Лосева. Например, когда он пытался объяснить свои результаты измерения положения границы в спектрах излучения, он пришел к выводу, что излучение, возникшее при пропускании тока, есть явление, обратное фотоэлектрическому эффекту, и предложил качественное объяснение этого эффекта, очень близкое к современным представлениям.
Основной экспериментальной трудностью для Лосева было отсутствие надежных материалов. Однако он был очень настойчивым и въедливым экспериментатором. Исследовал все доступные тогда полупроводники. Известно, что, изучая фотоэлектрические эффекты в полупроводниках, Лосев исследовал девяносто два различных материала, в том числе и кремний. Экспериментируя с синтезом полупроводниковых кристаллов, он неминуемо бы обнаружил влияние примесей на электрические свойства полупроводников. Он также неминуемо обнаружил бы, что кремний и германий являются наиболее подходящими полупроводниковыми материалами (последняя работа Лосева была посвящена именно кремнию). Наконец, развивая экспериментальную методику, он мог наблюдать эффект усиления в трехконтактных полупроводниковых структурах — то есть сделать первые транзисторы. Таким образом, продолжение и расширение работ Лосева, безусловно, могло бы приблизить полупроводниковую эру (со всеми ее как прикладными, так и фундаментальными научными проблемами), и Россия получила бы ключевую технологию XX века.
Академики и лаборанты
«Почему работы Лосева не включены в знаменитые исторические очерки по истории твердотельных усилителей — это очень интересный вопрос. Ведь кристадиновые радиоприемники и детекторы Лосева в середине 20−х годов демонстрировались на основных европейских радиотехнических выставках… Я сам видел кристадинный радиоприемник в советской экспозиции в Нью-Йорке в 1959 году», — вопрошает в одной из работ Игон Лобнер.
Есть такой биографический справочник — «Физики» (автор Ю. А. Храмов), он вышел в 1983 году в издательстве «Наука». Это самое полное собрание автобиографий отечественных и зарубежных ученых, изданное в нашей стране. Имени Олега Лосева в этом справочнике нет. Ну что ж, скажет читатель, справочник не может вместить всех, вошли только самые достойные. Но в той же самой книге содержится раздел «Хронология физики», где приведен перечень «основных физических фактов и открытий» и среди них: «1922 г. — О. В. Лосев открыл генерацию электромагнитных колебаний высокой частоты контактом металл-полупроводник».
Таким образом, в этой книге работа Лосева признана одной из самых важных в физике XX века, но места для его автобиографии не нашлось. В чем тут дело? Ответ очень прост: все советские физики послереволюционного периода заносились в справочник по рангу — включались только члены-корреспонденты и академики. Лаборанту же Лосеву дозволялось делать открытия, но не греться в лучах славы. При этом имя Лосева и значение его работ было хорошо известно сильным мира сего. В подтверждение этих слов процитируем выдержку из письма академика Абрама Иоффе Паулю Эренфесту (16 мая 1930 г.): «В научном отношении у меня ряд успехов. Так, Лосев получил в карборунде и других кристаллах свечение под действием электронов в 2−6 вольт. Граница свечения в спектре ограничена».
А вот что пишут А. Г. Остроумов и А. А. Рогачев в своей статье, посвященной Лосеву: «А. Ф. Иоффе приглашает его провести ряд опытов в ЛФТИ. Некоторое время у О. В. Лосева в ЛФТИ было свое собственное рабочее место, однако закрепиться в штате ЛФТИ ему не удалось». Судя по всему, Лосев был «слишком независимым» человеком. Действительно, все работы он выполнил самостоятельно — ни в одной из них нет соавторов.
В 1947 году (к тридцатилетию Октябрьской революции) в нескольких выпусках журнала «Успехи физических наук» были опубликованы обзоры развития советской физики за тридцать лет, такие как: «Советские исследования по электронным полупроводникам», «Советская радиофизика за 30 лет», «Советская электроника за 30 лет». О Лосеве и его исследованиях кристадина упоминается лишь в одном обзоре (Б. И. Давыдова) — в части, посвященной фотоэффекту, отмечается: «В заключение нужно еще упомянуть работы О. В. Лосева по свечению кристаллического карборунда и по "обратимому" вентильному фотоэффекту в нем (1931−1940)». И ничего сверх этого. (Отметим, к слову, что большинство результатов, которые в тех обзорах оценивались как «выдающиеся», сегодня никто и не вспоминает.)
Есть одно очень символическое совпадение: Лосев умер от голода в 1942 году в блокадном Ленинграде, а его работа по кремнию оказалась потерянной , и в том же 1942 году в США компании Sylvania и Western Electric начали промышленное производство кремниевых (а чуть позже и германиевых) точечных диодов, которые использовались в качестве детекторов-смесителей в радиолокаторах. Через несколько лет работы в этой области привели к созданию транзистора. Смерть Лосева совпала по времени с рождением кремниевой технологии.
Подпишитесь на нас
Советская Россия. 1918 год. По личному распоряжению Ленина в Нижнем Новгороде создается радиотехническая лаборатория. Новая власть остро нуждается в «беспроволочной телеграфной» связи. К работе в лаборатории привлекаются лучшие радиоинженеры того времени - М. А. Бонч-Бруевич, В. П. Вологдин, В. К. Лебединский, В. В. Татаринов и многие другие.
Нижегородская радиолаборатория
Олег Владимирови Лосев
Приезжает в Нижний Новгород и Олег Лосев.
После окончания Тверского реального училища в 1920 году и неудачного поступления в Московский институт связи Лосев согласен на любую работу, только бы приняли в лабораторию. Его берут посыльным. Общежития посыльным не полагается. 17-летний Лосев готов жить в помещении лаборатории, на лестничной площадке перед чердаком, только бы заниматься любимым делом .
С раннего возраста он страстно увлекался радиосвязью. В годы Первой мировой войны в Твери была построена радиоприемная станция. В ее задачи входило принимать сообщения от союзников России по Антанте и далее по телеграфу передавать их в Петроград. Лосев часто бывал на радиостанции, знал многих сотрудников, помогал им и не мыслил свою дальнейшую жизнь без радиотехники. В Нижнем Новгороде у него не было ни семьи, ни нормального быта, но было главное - возможность общаться со специалистами в области радиосвязи, перенимать их опыт и знания. После выполнения необходимых работ в лаборатории ему разрешали заниматься самостоятельным экспериментированием.
В то время интерес к кристаллическим детекторам практически отсутствовал. В лаборатории никто особо не занимался этой темой. Приоритет в исследованиях был отдан радиолампам. Лосеву очень хотелось работать самостоятельно. Перспектива получить ограниченный участок работы «по лампам» его никак не вдохновляет. Может быть, именно по этой причине он выбирает для своих исследований кристаллический детектор. Его цель - усовершенствовать детектор, сделать его более чувствительным и стабильным в работе. Приступая к экспериментам, Лосев ошибочно предполагал, что «в связи с тем, что некоторые контакты между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, то вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания». В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно, должен обязательно присутствовать падающий участок. Любой грамотный специалист не стал бы ожидать усиления от детектора. Но вчерашний школьник ничего этого не знает. Он меняет кристаллы, материал иглы, аккуратно фиксирует получаемые результаты и в один прекрасный день обнаруживает искомые активные точки у кристаллов, которые обеспечивают генерацию высокочастотных сигналов.
Свои первые исследования генераторных кристаллов Лосев производил на простейшей схеме.
Схема первых опытов Лосева
Испытав большое количество кристаллических детекторов, Лосев выяснил, что лучше всего генерируют колебания кристаллы цинкита, подвергнутые специальной обработке. Для получения качественных материалов он разрабатывает технологию приготовления цинкита методом сплавливания в электрической дуге естественных кристаллов. При паре цинкит - угольное острие, при подаче напряжения в10 В получался радиосигнал с длиной волны 68 м. При снижении генерации реализуется усилительный режим детектора.
«Генерирующий» детектор был впервые продемонстрирован еще в 1910 году английским физиком Уильямом Икклзом .
Уильям Генри Икклз
Новое физическое явление не привлекает внимания специалистов, и о нем на какое-то время забывают. Икклз тоже ошибочно объяснял механизм «отрицательного» сопротивления исходя из того, что сопротивление полупроводника падает с увеличением температуры вследствие тепловых эффектов, возникающих на границе «металл–полупроводник».
В 1922 году на страницах научного журнала «Телеграфия и телефония без проводов» появляется первая статья Лосева, посвященная усиливающему и генерирующему детектору. В ней он очень подробно описывает результаты своих экспериментов, причем особое внимание уделяет обязательному присутствию падающего участка вольтамперной характеристики контакта.
В те годы Лосев активно занимается самообразованием. Его непосредственный руководитель профессор В. К. Лебединский помогает ему в изучении радиофизики. Лебединский понимает, что его молодой сотрудник сделал настоящее открытие и тоже пытается дать объяснение наблюдаемому эффекту, но тщетно. Фундаментальная наука того времени еще не знает квантовой механики. Лосев, в свою очередь, выдвигает гипотезу, что при большом токе в зоне контакта возникает некий электрический разряд наподобие вольтовой дуги, но только без разогрева. Этот разряд закорачивает высокое сопротивление контакта, обеспечивая генерацию.
Лишь через тридцать лет сумели понять, что собственно было открыто. Сегодня мы бы сказали, что прибор Лосева - это двухполюсник с N-образной вольтамперной характеристикой, или туннельный диод, за который в 1973 году японский физик Лео Исаки получил Нобелевскую премию.
Лео Исаки
Руководство нижегородской лаборатории понимало, что серийно воспроизвести эффект не удастся. Немного поработав, детекторы практически теряли свойства усиления и генерации. Об отказе от ламп не могло быть и речи. Тем не менее практическая значимость открытия Лосева была огромной.
В 1920-е годы во всем мире, в том числе и в Советском Союзе, радиолюбительство принимает характер эпидемии. Советские радиолюбители пользуются простейшими детекторными приемниками, собранными по схеме Шапошникова.
Детекторный приемник Шапошникова
Для повышения громкости и дальности приема применяются высокие антенны. В городах применять такие антенны было затруднительно из-за промышленных помех. На открытой местности, где практически нет помех, хороший прием радиосигналов не всегда удавался из-за низкого качества детекторов. Введение в антенный контур приемника отрицательного сопротивления детектора с цинкитом, поставленного в режим, близкий к самовозбуждению, значительно усиливало принимаемые сигналы. Радиолюбителям удавалось услышать самые отдаленные станции. Заметно повышалась избирательность приема. И это без использования электронных ламп.
Лампы были не дешевы, причем к ним требовался специальный источник питания, а детектор Лосева мог работать от обычных батареек для карманного фонарика.
В итоге оказалось, что простые приемники конструкции Шапошникова с генерирующими кристаллами предоставляют возможность осуществлять гетеродинный прием, являвшийся в то время последним словом радиоприемной техники. В последующих статьях Лосев описывает методику быстрого поиска активных точек на поверхности цинкита и заменяет угольное острие металлическим. Он дает рекомендации, как следует обрабатывать кристаллы и приводит несколько практических схем для самостоятельной сборки радиоприемников.
Принципиальная схема кристадина О. В. Лосева
Устройство Лосева позволяет не только принимать сигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Радиолюбители в массовом порядке, на основе детекторов-генераторов, изготавливают радиопередатчики, поддерживающие связь в радиусе нескольких километров. Вскоре издается брошюра Лосева. Она расходится миллионными тиражами. Восторженные радиолюбители писали в различные научно-популярные журналы, что «при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно услышать Москву, Нижний и даже заграничные станции».
Брошюра Лосева, издание 1924 года
На все свои технические решения Лосев получает патенты, начиная с «Детекторного приемника-гетеродина», заявленного в декабре 1923 года.
Статьи Лосева печатаются в таких журналах, как «ЖЭТФ», «Доклады АН СССР», Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift.
Лосев становится знаменитостью, а ведь ему еще не исполнилось и двадцати лет!
Например, в редакторском предисловии к статье Лосева «Осциллирующие кристаллы» в американском журнале The Wireless World and Radio Review за октябрь 1924 года говорится: «Автор этой статьи, господин Олег Лосев из России, за сравнительно короткий промежуток времени приобрел мировую известность в связи с его открытием осциллирующих свойств у некоторых кристаллов».
Другой американский журнал - Radio News - примерно в то же время публикует статью под заголовком «Сенсационное изобретение», в которой отмечается: «Нет необходимости доказывать, что это - революционное радиоизобретение. В скором времени мы будем говорить о схеме с тремя или шестью кристаллами, как мы говорим сейчас о схеме с тремя или шестью усилительными лампами. Потребуется несколько лет, чтобы генерирующий кристалл усовершенствовался настолько, чтобы стать лучше вакуумной лампы, но мы предсказываем, что такое время наступит».
Автор этой статьи Хьюго Гернсбек называет твердотельный приемник Лосева - кристадином (кристалл + гетеродин). Причем не только называет, но и предусмотрительно регистрирует название, как торговую марку. Спрос на кристадины огромен.
Кристаллический детектор Лосева. Изготовлен в Radio News Laboratories. США, 1924 год
Интересно, что когда в нижегородскую лабораторию приезжают немецкие радиотехники, чтобы лично познакомиться с Лосевым, они не верят своим глазам. Они поражаются таланту и юному возрасту изобретателя. В письмах из-за границы Лосева величали не иначе как профессором. Никто и представить не мог, что профессор еще только постигает азы науки. Впрочем, очень скоро Лосев станет блестящим физиком-экспериментатором и еще раз заставит мир заговорить о себе.
В лаборатории с должности рассыльного его переводят в лаборанты, предоставляют жилье. В Нижнем Новгороде Лосев женится (правда, неудачно, как оказалось впоследствии), обустраивает свой быт и продолжает заниматься кристаллами.
В 1928 году, по решению правительства, тематика нижегородской радиолаборатории вместе с сотрудниками передается в Центральную радиолабораторию в Ленинграде, которая, в свою очередь, тоже постоянно реорганизуется. На новом месте Лосев продолжает заниматься полупроводниками, но вскоре Центральную радиолабораторию преобразовывают в Институт радиовещательного приема и акустик. В новом институте своя программа исследований, тематика работ сужается. Лаборанту Лосеву удается устроиться по совместительству в Ленинградский физико-технический институт (ЛФТИ), где у него появляется возможность продолжить исследования новых физических эффектов в полупроводниках. В конце 1920-х годов у Лосева появилась идея создать твердотельный аналог трехэлектродной вакуумной радиолампы.
В 1929–1933 гг., по предложению А. Ф. Иоффе, Лосев проводит исследования полупроводникового устройства, полностью повторяющего конструкцию точечного транзистора. Как известно, принцип действия этого прибора заключается в управлении током, текущим между двумя электродами, с помощью дополнительного электрода. Лосев действительно наблюдал данный эффект, но, к сожалению, общий коэффициент такого управления не позволял получить усиление сигнала. Для этой цели Лосев использовал только кристалл карборунда (SiC), а не кристалл цинкита (ZnO), имевшего значительно лучшие характеристики в кристаллическом усилителе (Что странно! Ему ли не знать о свойствах этого кристалла.) До недавнего времени считалось, что после вынужденного ухода из ЛФТИ Лосев не возвращался к идее полупроводниковых усилителей. Однако существует довольно любопытный документ, написанный самим Лосевым. Он датирован 12 июля 1939 года и в настоящее время хранится в Политехническом музее. В этом документе, озаглавленном «Жизнеописание Олега Владимировича Лосева», кроме интересных фактов его жизни содержится и перечень научных результатов. Особый интерес вызывают следующие строки: «Установлено, что с полупроводниками может быть построена трехэлектродная система, аналогичная триоду, как и триод, дающая характеристики, показывающие отрицательное сопротивление. Эти работы в настоящее время подготавливаются мною к печати…».
К сожалению, пока не установлена судьба этих работ, которые могли бы полностью изменить представление об истории открытия транзистора - самого революционного изобретения XX века.
Рассказывая о выдающемся вкладе Олега Владимировича Лосева в развитие современной электроники, просто невозможно не упомянуть о его открытии светоизлучающего диода.
Масштаб этого открытия нам еще только предстоит понять. Пройдет не так много времени, и в каждом доме вместо привычной лампы накаливания будут гореть «электронные генераторы света», как назвал светодиоды Лосев.
Еще в 1923 году, экспериментируя с кристадинами, Лосев обратил внимание на свечение кристаллов при пропускании через них электрического тока. Особенно ярко светились карборундовые детекторы. В 1920-е годы на Западе явление электролюминесценции одно время даже называли «свет Лосева» (Losev light, Lossew Licht). Лосев занялся изучением и объяснением полученной электролюминесценции. Он первым оценил огромные перспективы таких источников света, особо подчеркивая их высокую яркость и быстродействие. Лосев стал обладателем первого патента на изобретение светового релеприбора с электролюминесцентным источником света.
В 70-х годах ХХ века, когда светодиоды стали широко применяться, в журнале Electronic World за 1907 год была обнаружена статья англичанина Генри Роунда, в которой автор, будучи сотрудником лаборатории Маркони, сообщал, что видел свечение в контакте карборундового детектора при подаче на него внешнего электрического поля. Никаких соображений, объясняющих физику этого явления, не приводилось. Данная заметка не оказала никакого влияния на последующие исследования в области электролюминесценции, тем не менее, автор статьи сегодня официально считается первооткрывателем светодиода.
Лосев независимо открыл явление электролюминесценции и провел ряд исследований на примере кристалла карборунда. Он выделил два физически различных явления, которые наблюдаются при разной полярности напряжения на контактах. Его несомненной заслугой является обнаружение эффекта предпробойной электролюминесценции, названной им «свечение номер один», и инжекционной электролюминесценции - «свечение номер два». В наши дни эффект предпробойной люминесценции широко применяется при создании электролюминесцентных дисплеев, а инжекционная электролюминесценция является основой светодиодов и полупроводниковых лазеров. Лосеву удалось существенно продвинуться в понимании физики этих явлений задолго до создания зонной теории полупроводников. Впоследствии, в 1936 году, свечение номер один было заново обнаружено французским физиком Жоржем Дестрио. В научной литературе оно известно под названием «эффект Дестрио», хотя сам Дестрио приоритет в открытии этого явления отдавал Олегу Лосеву. Наверное, было бы несправедливо оспаривать приоритет Роунда в открытии светодиода. И все же нельзя забывать, что изобретателями радио по праву считаются Маркони и Попов, хотя всем известно, что радиоволны первым наблюдал Герц. И таких примеров в истории науки множество.
В своей статье Subhistory of Light Emitting Diode известный американский ученый в области электролюминесценции Игон Лобнер пишет о Лосеве: «Своими пионерскими исследованиями в области светодиодов и фотодетекторов он внес вклад в будущий прогресс оптической связи. Его исследования были так точны и его публикации так ясны, что без труда можно представить сейчас, что тогда происходило в его лаборатории. Его интуитивный выбор и искусство эксперимента просто изумляют».
Сегодня мы понимаем, что без квантовой теории строения полупроводников представить развитие твердотельной электроники невозможно. Поэтому талант Лосева поражает воображение. Он с самого начала видел единую физическую природу кристадина и явления инжекционной люминесценции и в этом значительно опередил свое время.
После него исследования детекторов и электролюминесценции проводились отдельно друг от друга, как самостоятельные направления. Анализ результатов показывает, что на протяжении почти двадцати лет после появления работ Лосева не было сделано ничего нового с точки зрения понимания физики этого явления. Только в 1951 году американский физик Курт Леховец (рис. 18) установил, что детектирование и электролюминесценция имеют единую природу, связанную с поведением носителей тока в p-n-переходах.
Курт Леховец
Следует отметить, что в своей работе Леховец приводит в первую очередь ссылки на работы Лосева, посвященные электролюминесценции.
В 1930–31 гг. Лосев выполнил на высоком экспериментальном уровне серию опытов с косыми шлифами, растягивающими исследуемую область, и системой электродов, включаемых в компенсационную измерительную схему, для измерения потенциалов в разных точках поперечного сечения слоистой структуры. Перемещая металлический «кошачий ус» поперек шлифа, он показал с точностью до микрона, что приповерхностная часть кристалла имеет сложное строение. Он выявил активный слой толщиной приблизительно в десять микрон, в котором наблюдалось явление инжекционной люминесценции. По результатам проведенных экспериментов Лосев сделал предположение, что причиной униполярной проводимости является различие условий движения электрона по обе стороны активного слоя (или, как бы мы сказали сегодня, - разные типы проводимости). Впоследствии, экспериментируя с тремя и более зондами-электродами, расположенными в данных областях, он действительно подтвердил свое предположение. Эти исследования являются еще одним значительным достижением Лосева как ученого-физика.В 1935 году, в результате очередной реорганизации радиовещательного института и непростых отношений с руководством, Лосев остается без работы. Лаборанту Лосеву дозволялось делать открытия, но не греться в лучах славы. И это при том, что его имя было хорошо известно сильным мира сего. В письме, датируемом 16 мая 1930 года, академик А. Ф. Иоффе пишет своему коллеге Паулю Эренфесту: «В научном отношении у меня ряд успехов. Так, Лосев получил в карборунде и других кристаллах свечение под действием электронов в 2–6 вольт. Граница свечения в спектре ограничена…».
В ЛФТИ у Лосева долгое время было свое рабочее место, но в институт его не берут, слишком независимый он человек. Все работы выполнял самостоятельно - ни в одной из них нет соавторов.
При помощи друзей Лосев устраивается ассистентом на кафедру физики Первого медицинского института. На новом месте ему намного сложнее заниматься научной работой, поскольку нет необходимого оборудования. Тем не менее, задавшись целью выбрать материал для изготовления фотоэлементов и фотосопротивлений, Лосев продолжает исследования фотоэлектрических свойств кристаллов. Он изучает более 90 веществ и особо выделяет кремний с его заметной фоточувствительностью.
В то время не было достаточно чистых материалов, чтобы добиться точного воспроизведения полученных результатов, но Лосев (в который раз!) чисто интуитивно понимает, что этому материалу принадлежит будущее. В начале 1941 года он приступает к работе над новой темой - «Метод электролитных фотосопротивлений, фоточувствительность некоторых сплавов кремния». Когда началась Великая Отечественная война, Лосев не уезжает в эвакуацию, желая завершить статью, в которой излагал результаты своих исследований по кремнию. По всей видимости, ему удалось закончить работу, так как статья была отослана в редакцию «ЖЭТФ». К тому времени редакция уже была эвакуирована из Ленинграда. К сожалению, после войны не удалось найти следы этой статьи, и теперь можно лишь догадываться о ее содержании.
22 января 1942 года Олег Владимирович Лосев умер от голода в блокадном Ленинграде. Ему было 38 лет.
В том же 1942 году в США компании Sylvania и Western Electric начали промышленное производство кремниевых (а чуть позже и германиевых) точечных диодов, которые использовались в качестве детекторовсмесителей в радиолокаторах. Смерть Лосева совпала по времени с рождением кремниевых технологий.
(1903-05-10 )ассистент кафедры медицинской биофизики 1 ЛМИ
кандидат физико-математических наук
Олег Владимирович Ло́сев (27 апреля (10 мая) (19030510 ) , Тверь - 22 января , Ленинград) - советский физик и изобретатель (15 патентов и авторских свидетельств), кандидат физико-математических наук ( г. за исследования по электролюминесценции , без защиты диссертации).
Патенты и авторские свидетельства О. В. Лосева
Патенты
- 1. Детекторный приемник-гетеродин. Патент №467 от 1925 г.
- 2. Устройство для нахождения генерирующих точек контактного детектора. Патент №472 от 1925 г.
- 3. Способ изготовления цинкитного детектора. Патент №496 от 1925 г.
- 4. Способ генерирования незатухающих колебаний. Патент №996 от 1926 г.
- 5. Детекторный радиоприемник-гетеродин. Патент №3773 от 1927 г..
- 6. Способ регулирования регенерации в кристадинных приемниках. Патент №4904 от 1928 г..
- 7. Способ прерывания основной частоты катодного генератора. Патент №6068 от 1928 г..
- 8. Способ предотвращения возникновения электрических колебаний в приемных контурах междуламповых трансформаторов низкой частоты. Патент №11101 от 1929 г.
- 9. Световое реле. Патент №12191 от 1929 г.
Авторские свидетельства
- 1. Электролитический выпрямитель. №28548 от 1932 г.
- 2. Световое реле. №25657 от 1932 г.
- 3. Способ трансформации частоты. №29875 от 1933 г.
- 4. Способ изготовления фотосопротивлений. №32067 от 1933 г.
- 5. Контактный выпрямитель. №33231 от 1933 г..
- 6. Способ изготовления фотосопротивлений. №39883 от 1934 г..
Память
В октябре 2012 года в рамках проведения 11-го фестиваля «Современное искусство в традиционном музее» в Центральном музее связи имени А.С. Попова (Санкт-Петербург) был осуществлен проект Юрия Шевнина «Свет Лосева» . На стенде наряду с исторической справкой об изобретателе был представлен портрет О. Лосева, выполненный с помощью светодиодной ленты разных цветов и размеров.
Примечания
Литература
- Новиков М. А. Олег Владимирович Лосев - пионер полупроводниковой электроники // Физика твердого тела . - 2004. - В. 1. - Т. 46. - С. 5-9.
- Новиков М. А. Ранний восход. К столетию со дня рождения О. В. Лосева // Нижегородский музей . - 2003. - № 1. - С. 14-17.
Ссылки
- Громов Микола Володимирович Доклад: Развитие исследований полупроводников
- Публикация с сокращениями по изданию: «Календарь русской славы и памяти»
Категории:
- Персоналии по алфавиту
- Учёные по алфавиту
- Родившиеся 10 мая
- Родившиеся в 1903 году
- Родившиеся в Твери
- Умершие 22 января
- Умершие в 1942 году
- Умершие в Санкт-Петербурге
- Жертвы блокады Ленинграда
- Изобретатели радио
- Учёные СССР
- Кандидаты физико-математических наук
- Физики по алфавиту
- Физики России
- Физики СССР
- Физики XX века
- Учёные Нижнего Новгорода
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Лосев, Олег Владимирович" в других словарях:
Советский радиофизик. В 1919 поступил в Нижегородскую радиолабораторию, с 1929 сотрудник Ленинградского физико технического института, с 1938 ‒ Ленинградского 1 го медицинского… …
- (1903 42) российский радиофизик. Создал (1922) полупроводниковый радиоприемник (кристадин). Открыл ряд явлений в кристаллических полупроводниках (свечение Лосева, фотоэлектрический эффект и др.) … Большой Энциклопедический словарь
- (1903 1942), радиофизик. Работал в Нижегородской радиолаборатории (1919 29), затем в Ленинграде в Физико техническом институте (1929 38) и Первом Медицинском институте (с 1938). Создал (1922) полупроводниковый радиоприёмник (кристадин). Открыл… … Энциклопедический словарь
Сов. физик. В 1919 поступил в Нижегородскую радиолабораторию; с 1929 работал в Лен. физико технич. ин те. В Нижегородской радиолаборатории Л. открыл у ряда кристаллич. детекторов (цинкита и др.) способность… … Большая биографическая энциклопедия
- (27 апреля (10 мая) 1903(19030510), Тверь 22 января 1942, Ленинград) советский физик и изобретатель (15 авторских свидетельств), кандидат физико математических наук (1938 г. за исследования по электролюминисценции, без защиты диссертации).… … Википедия
Олег Владимирович Лосев (27 апреля (10 мая) 1903(19030510), Тверь 22 января 1942, Ленинград) советский физик и изобретатель (15 авторских свидетельств), кандидат физико математических наук (1938 г. за исследования по электролюминисценции, без… … Википедия
Лосев русская фамилия. Известные носители: Лосев, Александр Николаевич (1949 2004) солист ВИА «Цветы». Лосев, Алексей Фёдорович (1893 1988) русский философ. Лосев, Андрей Семёнович (род. 1963) российский физик теоретик.… … Википедия
Олег Владимирович Лосев (27 апреля (10 мая) 1903(19030510), Тверь 22 января 1942, Ленинград) советский физик и изобретатель (15 авторских свидетельств), кандидат физико математических наук (1938 г. за исследования по электролюминисценции, без… … Википедия
I Лосев Алексей Федорович [родился 10(22). 9.1893, Новочеркасск], советский философ и филолог, профессор (1923), доктор филологических наук (1943). Окончил в 1915 историко филологический факультет Московского университета. Читал курсы… … Большая советская энциклопедия
