Details

Parent Category: Science

Hits: 21122

    Эммануил Иосифович Рашба родился в Киеве в 1927 г. в 1949 г. окончил физический факультет Киевского Государственного Университета, где слушал лекции С. И. Пекара, А. С. Давыдова, Н. Н. Боголюбова, К. Б.Толпыго. В университете его научной работой руководили Пекар С. И. и Давыдов А. С. В течении нескольких лет он работал инженером и учителем, в свободное время занимаясь теоретическими исследованиями экситонов. В 1954 г. Рашбу Э. Й. приняли в отдел полупроводников академика В. Е. Лашкарева в Институте Физики АН УССР, где он тесно работал с экспериментаторами, вместе с К. Б. Толпыго развивал теорию переноса носителей тока в полупроводниках. Одним и важных результатов, полученных в то время, было построение вольтамперной характериститки выпрямляющих диодов и p-n-переходов в пределе больших смещений (ток пропорционален квадрату приложенного напряжения – «закон Рашбы-Толпыго-Носаря») [Рашба Э. Й., Толпыго К. Б., ЖТФ, т. 26. с. 1419 (1956), Рашба Э. Й. , Носарь А. И., ЖТФ, т. 27. с. 1431 (1957)]. Одновременно Рашба Э. Й. продолжал свои исследования по экситонам, в 1956 г. по этим результататам он защитил кандидатскую диссертацию [Рашба Э. И., Оптика и спектроск. т. 2, с. 75, (1957); Оптика и спектроск. т. 2, с. 75, (1957)].

     Исследования по теории экситонов стимулировались также новыми экспериментальными результатами, полученными в отделе спектроскопии ИФ АН УССР (отдел академика А. Ф. Приходько). Один из таких результатов – обнаружение спектральных полос с аномальным поглощением, которые не могли быть прямо приписаны экситонам, однако имели существенную поляризацию подобную экситонам. Рашба Э. И. решил проблему этих спектров, построив теорию слабо связанных локализованных экситонов. Он нашел, что поляризация и интенсивность примесных полос демонстрируют сильные аномалии, когда они оказываются близки к собственно экситонным полосам [Рашба Э. И., Оптика и спектроск. т. 2, с. 568, (1957)]. Позже, уже в Институте физики полупроводников, подобное явление было изучено Рашбой Э. И. для экситонов Ванье-Мотта. В спектроскопии кристаллав этот эффект – гигантское увеличение силы осциллятора – получил название эффекта Рашбы. Экситонными явлениям Рашба Э. И. продолжал интересоваться и заниматься и в стенах ИФП.

    Отдел В. Е. Лашкарева в ИФ концентрировался на изучении кинетики фотопроводимости в гексагональных кристаллах A₂B₆ типа CdS и Рашба Э. И. занялся особенностями оптических спектров этих кристаллов. Для этого пришлось изучить и применить теорию групп. В результате был дан полный анализ зонной структуры кристаллов без цента инверсии, включая спин-орбитальное взаимодействие [Э. И. Рашба, Sov. Phys. Solid State v. 1, c. 368 (1959); Э. И. Рашба и В. И. Шека, Fizika Tverdogo Tela—Collected Papers, Vol. II (Acad. of Sci. of USSR, Moscow-Leningrad, (1959), p. 162].

    На этих результатах следует особо остановиться. До работ Э. И. Рашбы спин-орбитальному взаимодействию не уделялось особого внимания. Существовала работа Г. Дрессельхауза [G. Dresselhaus, Phys. Rev., v.100, p.580 (1955)], где был введен гамильтониан спин-орбитального взаимодействия пропорциональный кубу волнового вектора носителя. В работе Рашбы Э. И. впервые был введен и обоснован член, описывающий это взаимодействие, линейный по волновому вектору в центре зоны Брюллюена.

    Этот результат позволил предсказать новый резонанс, возникающий по действием электрического поля и приводящий к перевороту спина [Э. И. Рашба, ФТТ, т. 2, 1224 (1960)]. Отметим, что работа была одобрена академиком Л. Д. Ландау. Таким образом, исследования привели к предсказанию комбинированного резонанса, при котором спин-орбитальная связь, приводящая к «запутыванию» движения в конфигурационном и спиновом пространстве, делает возможным новый тип перехода, возбуждаемый электрическим вектором высокочастотного поля и сопровождающийся изменением эффективного спинового момента. Комбинированный резонанс может значительно превышать по интенсивности парамагнитный резонанс и особенно силен в кристаллах без центра инверсии; его частоты равны линейным комбинациям частот парамагнитного и циклотронного резонансов.

    Начавшись в ИФ, работы Рашбы Э. И. по спин-орбитальному взаимодействию были продолжены в ИФП с участием молодых, в то время, Шеки В. И. и Бойко И. И. Спин-орбитальная связь приводит также к возникновению особой зонной структуры, при которой экстремум энергии достигается на окружности -- петле экстремумов, а изоэнергетические поверхности при малых значениях энергии являются торами. Электронные свойства таких полупроводников весьма специфичны, в частности, значительное число носителей может имеють отрицательную массу [И. И. Бойко и Э. И. Рашба, ФТТ, т. 2, 1692 (1960)]. Были предсказаны и другие явления, связанные со спин-орбитальным взаимодействием в кристаллах без центра инверсии, которые стали стандартным методом для измерения спин-орбитальной связи.

  Наиболее полный обзор экспериментальных и теоретических исследований по комбинированному резонансу и близким эффектам был дан в обзоре E. I. RashbaandV. I. Sheka, in «Landau Level Spectroscopy», Ed. by G. Landwehrand E. I. Rashba (Elsevier, NewYork, 1991, p. 178).

    Пионерские работы Рашбы Э. Й. по комбинированному резонансу в полупроводниковых кристаллах в кристаллах были официально признаны открытием.

    Для полноты сведений отметим, что докторскую диссертацию Э. И. Рашба защитил, работая в ИФП, в 1963 г. в Ученом совете при Ленинградском Физико-Техническом институте АН СССР.

    Следующий шаг в теория спин-орбитального взаимодействия был сделан в Институте Физики Полупроводников в то время, когда появились полупроводниковые гетероструктуры. Основываясь на исследованиях, проведенных для объемных материалов, сотрудник теор. отдела №2 Васько Ф. Т. предложил гамильтониан описывающий спин-орбитальное взаимодействие в квантовых ямах [Ф. T. Васько, Письма в ЖЭТФ, т. 30, с. 574 (1979)]. Рашба Э. И. обобщил этот результат [Ю. A. Бычков и Э. И. Рашба, Письма в ЖЭТФ, т. 39, с. 66 (1984)]. В результате этих работ были заложены основы для развития спин-орбитального взаимодействия в системах с низкоразмерными носителями тока. (Отметим, что по очевидным причинам чаще всего ссылаются на последнюю работу Рашбы Э. И. и на упомянутый выше обзор Рашбы и Шеки).

    Спустя более чем 30 лет теория спин-орбитального взаимодействия, развитая Рашбой Э. И., была использована в первой работе по «спиновому транзистору» [S. Datta and B. Das, Appl. Phys. Lett. v. 56, p. 665 (1990)], где предлагалось управлять прецессией спина с помощью поля. С указанной работы началось бурное развитие новой области – спинтроники – физики процессов и приборов, основанных на управлении спинами. Появилась возможность расширить функциональные способности существующих электронных приборов, разработать принципы новых полупроводниковых устройств, в том числе квантовых компьютеров. Без сомнения, Работы Рашбы Э. И., в том числе выполненные в ИФП НАНУ, являются сейчас наиболее цитированными в научной литературе по твердому телу, полупроводникам и полупроводниковым приборам.

    В 1966 г. за работы по теории экситонов в кристаллах профессор Рашба Э. Й. получил Ленинскую премию в составе группы ученых, которая включала сотрудников ЛФТИ им. Йоффе А. Ф. (Е. Ф. Гросс, Б. П. Захарченя, А. А. Каплянский) и ИФ НАНУ (А. С. Давыдов, А. Ф. Прихотько, В. Л. Броуде, А. Ф. Лубченко, М. С. Бродин).

    В ИФП интересы Э. И. Рашбы не ограничивались только упомянутыми выше экситонными эффектами, зонной структурой и спин-орбитальным взаимодействием. Предвидя тенденции развития полупроводниковых приборов и структур в сторону существенного уменьшения пространственных масштабов, Рашба Э. И. предложил серию идей о новых размерных эффектах, возникающих при приближении приборных размеров к характерным физическим длинам. Так появились размерные эффекты, связанные с рекомбинационной длиной в биполярных материалах, с междолинной релаксационной длиной в многодолинных полупроводниках, с длиной остывания носителей разогретых электрическим полем и т. д. В этих работах принимали участие как сотрудники теор. сектора (З. С. Грибников, И. И. Бойко, В. А. Кочелап, В. В. Митин, В. Н. Соколов, Н. А. Прима), так и экспериментаторы. Направление, предложенное Э. И. Рашбой, стало одним из основных для всего Института физики полупроводников (достаточно назвать номера экспериментальных отделов, в которых изучались и изучаются до сих пор размерные эффекты: № 3, 10, 15, 24, 25). Некоторые из этих работ дальше будут вспоминаться. Здесь же укажем один из таких эффектов, носящих имя Рашбы, электрический пинч-эффект а анизотропных материалах – контролируемое полем накопление электронов и дырок у одной из поверхностей полупроводника. Обобщенный анализ теории и экспериментов в этой области дан в обзоре Э. И. Рашба , З. С. Грибников и В. Ю. Кравченко, УФН. т. 19, с. 361 (1976).

    В 1967 г. Эммануил Иосифович Рашба перешел в Институт теоретической физики им. Л. Д. Ландау, где заведовал отделом теории полупроводников. Он продолжал активную исследовательскую карьеру, сочетая ее с работой в самом престижном физическом журнале СССР – Письмах в ЖЭТФ, где с 1973 по 1988 гг. был редактором. Он сохранял и сохраняет до сих пор активные связи с ИФП, о чем свидетельствуют цитированные обзоры и большое число совместных научных публикаций.

    В 1987 г. Э. Й. Рашба получил премию АН СССР им. А. Ф. Иоффе.

    Вклад Рашбы Э. И. в развитие науки на Украине, в частности, оценен присуждением ему в 2007 г. Премии НАН Украины им. С. И. Пекара за выдающиеся достижения в области теории твердого тела.

    В 1991 г. Э. И. Рашба переехал в США, где продолжает активно работать как профессор Гарвардского университета. Научный авторитет его огромен, он отмечен рядом международных научных наград, в его честь проводятся международные конференции (Alan Berman Res. Publ. Award of Naval Res. Lab (USA) – 2001; Symposium in Honor of E. I. Rashba (Boston) – 2002; NATO Adv. Res. Workshop on Frontiers of Spintronics & Optics; The Sir Nevill Mott Lecture (United Kingdom) – 2005; Symposium in Honor of E. I. Rashba, Frontiers of Spintronics, Cambridge, Ma – 2008).