Деталі

Перегляди: 17946

Академік Соломон Ісаакович Пекар

        Академік АН УРСР С.І.Пекар належить до плеяди видатних фізиків-теоретиків, чиї праці формують підмурівок сучасної теорії твердого тіла. Відзначаючись великою глибиною і ясністю, роботи С. І. Пекара є основоположними в цілому ряді напрямків. З його ім’ям пов’язано декілька найважливіших відкриттів у фізиці твердого тіла, теорії випрямлячів і автолокалізованих станів електронів, названих ним “поляронами”. Хвилі Пекара, “пекаріан”, передбачення безфононної лінії ввійшли до фізики як класичні результати, й сьогодні є джерелом нових ідей та досягнень.

Соломон Ісаакович Пекар народився 16 березня 1917 року в Києві. Його батько був правником, мати – вчителькою. У 1933 році він вступив на фізичний факультет Київського університету. В ті роки спеціалізації в галузі теоретичної фізики в університеті не існувало, але лекції читали помітні теоретики Г. Бек і Н. Розен. Студенти, які прагнули спеціалізуватися з теоретичної фізики, навчалися на кафедрі електрофізики, очолюваній Н. Д. Моргулісом, а практику проходили в теоретичному відділі Ленінградського фізико-технічного інституту АН СРСР. Цим відділом керував Я. І. Френкель, і тут у Соломона Ісааковича зав'язалися перші наукові контакти з фізиками-теоретиками.

Прагнення до самостійної наукової роботи виявилося у С.І. Пекара ще в студентські роки. Тоді він виконав роботу зі знаходження функції розподілу електронів в плазмі газового розряду за наявності непружних втрат. Робота доповілася на сесії Відділення фізики АН СРСР в 1938 році й викликала гарячі суперечки й дискусії, переможцем у яких виявився молодий студент.

Закінчивши в 1938 році університет, С. І. Пекар розпочинає роботу в Інституті фізики АН УРСР, розробляючи теорію випрямлення на контакті метал—напівпровідник. Одночасно він учиться в аспірантурі під керівництвом І. Є. Тамма. Вибір теми значною мірою визначався напрямом експериментальних робіт у цьому інституті. Теорія випрямлення тоді перебувала в центрі уваги багатьох видатних фізиків. С. І. Пекару в роботах 1939—1941 рр. вдалося розвинути найзагальнішу теорію випрямлення в монополярній системі. Істотне просування було досягнуте в області сильних струмів через контакт: одержано точний розв’язок задачі й передбачений неординарний ефект — перехід в запірному шарі від режиму збіднення до режиму збагачення в міру зростання оберненого зсуву на контакті. Майже зразу ж цей ефект був підтверджений експериментально. Робота С. І. Пекара здобулася на високу оцінку. Після її обговорення на своєму семінарі Л. Д. Ландау сказав: «У Києві відбулося самозародження теоретичної фізики». На захисті кандидатської дисертації в травні 1941 року 24-річному С. І. Пекару на пропозицію В. Є. Лашкарьова, І. Є. Тамма і Я. І. Френкеля був відразу присуджений ступінь доктора фізико-математичних наук.

Наукові зв'язки, що зародилися в той час у С. І. Пекара з такими видатними теоретиками, як Я. І. Френкель, І. Є. Тамм та Л. Д. Ландау, а потім і М. М. Боголюбов, зміцнювалися в подальші роки. Соломон Ісаакович завжди прагнув обговорити з ними наукові проблеми, що цікавили його, а також одержані ним нові результати. Особливо тісні наукові зв'язки встановилися в нього з Л. Д. Ландау, на семінарах якого він прагнув «апробувати» свої основні роботи. Зближенню з Л. Д. Ландау багато в чому сприяла робота С. І. Пекара над теорією поляронів.

У роки війни в Уфі, де працювали багато співробітників Інституту фізики АН УРСР, С. І. Пекар концентрує зусилля на розробці напівпровідникових приладів, необхідних для фронту. Тоді ж розкрилися й нові грані його таланту — він виявив себе як здібний інженер і конструктор. Розв'язані ним технологічні проблеми дозволили істотно інтенсифікувати виробництво напівпровідникових випрямлячів.

У 1944 році, після повернення до Києва, С. І. Пекар захоплюється задачею про сильну взаємодію електрона з кристалічною ґраткою. На той час в цій області існувала єдина робота Л. Д. Ландау (1933 р.), в якій була висловлена ідея про можливість «захоплення» електрона ґраткою. Соломон Ісаакович запропонував дивовижно витончену модель сильного зв'язку електрона з ґраткою — електрон взаємодіє з макроскопічним полем поляризованої ґратки іонного кристала, — і побудував у рамках цієї моделі повну теорію нового типу квазічастинок, які він назвав поляронами: полярон — це «одягнений» полем поляризованої ґратки електрон, який рухається по ґратці, супроводжуваний поляризаційною «шубою». Маса такої квазічастинки значно перевищує масу «голого» електрона, і її тепловий рух є повільним. Тому Пекар назвав ці частинки автолокалізованими. Він показав, що зонні стани нестійкі, утворення поляронів не вимагає подолання потенційного бар'єру і вони є основними носіями струму. Полярон став тією «перлиною», навколо якої С. І. Пекаром і його учні в подальші роки створили теорію широкого класу явищ, пов'язаних з електрон-ґратковою взаємодією: різні типи автолокалізації, вплив ґратки на електронні стани домішкових центрів тощо. Оцінюючи ці роботи, Я. І. Френкель писав у 1948 році: «... вражає фундаментальність трактування і точність одержаних результатів. Ці роботи увійдуть до історії фізики як класичні. Вони, поза сумнівом, є найзначнішими з робіт, опублікованих радянськими фізиками-теоретиками за останні роки».

При оцінці значення, яке мало створення теорії поляронів, потрібно розрізняти два різні аспекти її впливу на розвиток сучасної фізики.

Перший з них — загальнотеоретичний. Теорія поляронів була сформульована С. І. Пекаром як континуальна теорія, що зробило її ідеальною моделлю для теорії поля. Першу роботу з теорії поляронів С. І. Пекар опублікував у 1946 році, тобто за декілька років до появи праць Ю. Швінгера і Р. Фейнмана, що дали могутній імпульс розвитку квантової електродинаміки. Ця робота Пекара виявилася вельми своєчасною, і значення теорії поляронів як найпростішої моделі теорії поля було незабаром усвідомлено всіма теоретиками. Сам Соломон Ісаакович зосередив свої зусилля на випадку сильного зв'язку, який описується в адіабатичному наближенні. Тоді в теоретичній фізиці адекватний апарат для опису такої ситуації був відсутній, і С. І. Пекар його створив. Рівняння Пекара для основного стану полярона і формула Ландау — Пекара для ефективної маси полярона посідають у цій теорії центральне місце. Розроблений С. І. Пекаром апарат став першим прикладом популярних зараз класичних розв’язків рівнянь нелінійної теорії поля, а вивчена ним адіабатична границя відповідає непертурбативній теорії, не формульованій на мові діаграмної техніки. М. М. Боголюбов першим оцінив роль полярона в теорії поля, назвавши його алмазом, який математичною шліфовкою повинен бути перетворений на діамант, і створив спільно із С. В. Тябліковим (1952 р.) оригінальний підхід до адіабатичної теорії частинки, пов'язаної з квантованим полем. Розвинений ними формалізм є адекватною основою для отримання вищих наближень в теорії поляронів, зокрема для побудови теорії їхньої рухливості.

У подальші роки Н. Фреліх переформулював теорію поляронів у рамках стандартного формалізму теорії поля і розвинув теорію слабкого зв'язку. Т. Д. Чі, Ф. Е. Лоу і Д. Пайнс запропонували перший варіант теорії поляронів з проміжним зв'язком, а Р. Фейнман створив стосовно теорії поляронів свій варіаційний метод, що одержав згодом широку популярність. Завдяки всім цим роботам теорія поляронів стала одним з основних каналів, крізь які могутні методи теорії поля почали проникати в теорію твердого тіла, збагативши її апарат.

Другий аспект значення розвинених ідей — це вплив теорії поляронів на фізику твердого тіла. До робіт С. І. Пекара взаємодію з ґраткою розглядали або як причину розсіяння (причому вважали, що в проміжках між актами розсіяння електрон рухається як вільний), або як чинник, що призводить до «захоплення» електрона ґраткою, внаслідок чого частинка повністю локалізується. Вирішальний крок був зроблений в роботах С. І. Пекара 1947—1948 рр., де розглядалася можливість поступального руху автолокалізованого електрона — носія струму. У роботі Л. Д. Ландау і С. І. Пекара 1948 року була обчислена ефективна маса полярона. Значення цієї роботи важко переоцінити.

Успіх теорії поляронів сильного зв'язку спричинив дедалі ширший потік досліджень у всьому світі. Ми зупинимося тільки на деяких роботах, виконаних в подальші роки С. І. Пекаром і його співробітниками. В рамках моделі адіабатичного зв'язку спільно з І. М. Дикманом була побудована теорія автолокалізації екситонів Ван’є—Мотта. У 1951 році була розвинена (спільно з М. Ф. Дейгеном) теорія автолокалізації електронів у неполярних кристалах і показано, що автолокалізація відбувається лише в тому випадку, якщо константа зв'язку перевищує деяке порогове значення, причому радіус автолокалізованих станів завжди є порядку сталої ґратки. При виконанні цієї роботи, практично одночасно з Дж. Бардіном і В. Шоклі, був сформульований метод деформаційного потенціалу. Значне місце в подальших дослідженнях посіла теорія поляронів при проміжному зв'язку з фононами. Здійснення робіт в цьому напрямі диктувалося як внутрішньою логікою розвитку теорії, так і експериментом. Тому актуальним виявилося створення в 1957 році С. І. Пекаром (спільно з В. М. Буймистровим і М. О. Кривоглазом) ефективних методів проміжного зв'язку.

До робіт з теорії поляронів тісно примикають роботи С. І. Пекара 1949—1953 рр. з теорії домішкових центрів, що взаємодіють з ґраткою. Результатом цих робіт стала загальна теорія форми спектрів поглинання і люмінесценції таких центрів. Побудована Пекаром характерна крива, що описує форму спектрів домішкових центрів, які взаємодіють з бездисперсійними оптичними фононами, одержала в світовій літературі назву “пекаріан”. При дослідженні взаємодії з фононами з довільною дисперсією частот коливань, у 1953 році (спільно з М. О. Кривоглазом) вдалося, зокрема, передбачити існування в домішкових спектрах надзвичайно вузької безфононної лінії. Аналогічна лінія в рентгенівських спектрах внутріядерних переходів була експериментально відкрита і теоретично пояснена Р. Мессбауером в 1958 році й відразу набула великого значення. Роль безфононних ліній в оптичних спектрах визначилася в останні десятиліття, після розвитку методів селективної спектроскопії високого розрізнення, що дозволили виключити велике неоднорідне розширення.

Сучасна теорія твердого тіла немислима без теорії поляронів. А ядром у ній, як і раніше, залишаються роботи З. І. Пекара 1946—1948 рр., що вражають своєю естетичною досконалістю.

Другий великий цикл робіт С. І. Пекара пов'язаний з відкриттям додаткових хвиль в кристалах. Він був започаткований статтею «Теорія електромагнітних хвиль у кристалі, в якому виникають екситони», опублікованою в 1957 році. Для того, щоб пояснити значення цієї роботи, почнімо із зауваження, що носить історичний характер. Неймовірно, але факт, що впродовж перших 25 років свого існування теорія електронних екситонів будувалася виключно як квантовомеханічна, де електродинамічні ефекти не враховувалися. І це попри те, що в динаміці іонних ґраток, де поляризаційні фонони можуть повною мірою розглядатися як «коливальні екситони», електродинамічні ефекти традиційно враховувалися і в різній формі вивчалися в роботах М. Борна і М. Гепперт-Майер, К. Б. Толпига, К. Хуанга. Світломеханічні коливання — поляритони, що виникають при врахуванні електродинамічних ефектів, увійшли до підручників. Просте перенесення електродинамічного підходу на електронні екситони було чисто технічною проблемою — воно не було пов'язане з принциповими труднощами. Проте С. І. Пекар помітив важливу кількісну відмінність між електронними і коливальними екситонами, яка призводить до цікавого фізичного явища — виникнення нових гілок у спектрі електромагнітних хвиль, названих ним додатковими. Додаткові хвилі Пекара виникають поблизу екситонних резонансів, у знаменнику дисперсійної формули яких частотні члени майже повністю скорочуються і тому набуває значення член, пов'язаний з кінетичною енергією екситона, що містить його імпульс. У результаті порядок дисперсійного рівняння електронного поляритона, тобто гібрида «фотон-екситон», підвищується і в нього з'являється новий корінь - він і відповідає додатковим хвилям. Відмінність електронного і коливального екситонів виявляється в тому, що в електронних екситонів типові значення ефективних мас на два порядки менші, ніж у коливальних (і, отже, кінетичні енергії при тому ж імпульсі на два порядки більші). Саме завдяки цій мализні маси довжина хвилі для відповідних додаткових хвиль потрапляє в макроскопічну область і тому це явище може бути повністю описане в рамках макроскопічної електродинаміки.

Таким чином, у статті 1957 року була по суті побудована кристаллооптика екситонів з урахуванням запізнювання і одержаний абсолютно новий фізичний результат — передбачені додаткові хвилі. При цьому була чітко вказана область спектру, в якій їх слід було шукати. Результат вражав уже хоча б тому, що лінійна кристаллооптика здавалася завершеною дисципліною, підтвердженою впродовж сторіччя численними експериментами. Несподіваність одержаного результату образно висловив А. І. Ансельм, який сказав: це все одно, що «знайти білий гриб на Невському проспекті».

З розвиненої теорії випливала низка наслідків, що допускають пряму експериментальну перевірку. Серед них, окрім самого факту існування додаткових хвиль, — можливість сильної дисперсії діелектричної проникності в області, в якій практично відсутнє поглинання, проходження світла через кристал в діапазоні частот, що традиційно вважався областю повного віддзеркалення (аналог області «залишкового проміння» в кристалооптиці ґрати) тощо. Виник і ряд теоретичних питань, пов'язаних з тим, як «вписати» теорію додаткових хвиль у макроскопічну кристаллооптику. Ці питання викликали жваві дискусії, що в свою чергу привертали увагу багатьох помітних фізиків до виниклих проблем. Однозначно вирішилося питання про характер змін, які слід внести у феноменологічну теорію, щоб описати виникнення додаткових хвиль. Причина їхньої появи, що полягає в залежності енергії екситона від його квазіімпульсу, на мові феноменологічної теорії трактується як просторова дисперсія діелектричної проникності, тобто як її залежність від хвильового вектора фотона. Але на відміну від слабкої просторової дисперсії, яка існує в широкому діапазоні частот і обумовлює природну оптичну активність у нецентрально-симетричних кристалах (тобто призводить до поправок до закону розповсюдження звичайних хвиль), просторова дисперсія поблизу екситонних резонансів настільки сильна, що є причиною виникнення нових хвиль. Важливо також, що для внесення її в тензор діелектричної проникності не досить лишень знати симетрію кристалічного класу кристала, але слід також враховувати симетрію конкретного екситонного переходу. Тому феноменологічний опис у цьому випадку неминуче повинен включати дані, нерозривно пов'язані з мікроскопічною теорією. Значно складнішим виявилося питання про додаткові крайові умови, яке неминуче виникло в зв'язку з тим, що врахування просторової дисперсії збільшує порядок системи максвеллівських рівнянь. С. І. Пекар запропонував адекватний розв’язок задачі про додаткові крайові умови.

У 1986 році піонерська робота С. І. Пекара 1957 року про додаткові хвилі в кристалах була офіційно визнана відкриттям. Активні дослідження С. І. Пекара в галузі оптики кристалів у області екситонного поглинання тривали в 60-й і 70-й роки і були узагальнені в монографії «Кристалооптика і додаткові світлові хвилі» («Наукова думка», 1982 рік).

Водночас велику увагу в цей період С. І. Пекар приділяв розвитку нових напрямів досліджень, заснованих на висловлених ним оригінальних ідеях.

У 1965 році Соломон Ісаакович опублікував роботу, в якій висунув ідею посилення або генерації ультразвука в неп'єзоелектричному кристалі, заснованої на електрострикційній взаємодії деформації із зовнішнім електричним полем. Ефект особливо великий для кристалів з великою діелектричною проникністю і може перевищувати аналогічний ефект при інших механізмах електрон-фононної взаємодії. Цікаво, що в сучасних наноструктурах, де реалізуються дуже високі електричні поля, Пекарівський електрон-фононний механізм відповідає за релаксацію енергії електронів при низьких температурах.

У 1966—1969 роках С. І. Пекар (спільно з В. М. Мальневим) виконав цикл робіт з дослідження властивостей газів з високою концентрацією електронно-збуджених атомів (молекул). Було показано, що в таких системах істотну роль може відігравати диполь-дипольна взаємодія, значно сильніша, аніж взаємодія Ван дер Ваальса. Встановлено, що в газах з високою концентрацією збуджених частинок відхилення від неідеальності розпочинаються вже при невисокому тиску, можуть відбуватися фазові переходи в стани, що характеризуються розшаруванням газу на дві фази з різною густиною збуджених частинок, можлива конденсація та інші ефекти. Ці роботи поклали початок дослідженням фотофаз речовини і переходів між ними.

У 1969 р. С. І. Пекар запропонував принципово новий тип газових лазерів, дія яких заснована на використанні фотостимулюючих хімічних реакцій. Ідея Пекара заснована на можливості стимулювання елементарних актів хімічних реакцій, при яких електронна перебудова початкових молекул, які зазнають зіткнень (що призводить до утворення продуктів реакції), супроводжується фотопереходом. Фотони відповідної частоти викликають вимушені фотопереходи і стимулюють такі реакції, що призводять у свою чергу до появи нових фотонів.

С. І. Пекар був наділений яскравим і оригінальним талантом. Він виявився і у виборі тем його основних робіт, і в підході, який він застосовував для розв’язку задач. Зв'язки його праць з іншими роботами того часу спочатку були зовні непомітні, роботи здавалися начебто ізольованими, незрозуміло як виниклими. Але минало декілька років і картина змінювалася. Тісний зв'язок із сучасністю ставав очевидний, чітко виявлявся і вплив робіт Пекара на інших дослідників, і вже здавалося незрозумілим, чому необхідність такої роботи не була очевидна відразу.

Соломон Ісаакович мав рідкісний склад розуму, який дозволяв йому будувати свої роботи і оцінювати чужі не зіставленням їх з іншими роботами останнього часу, а виходячи з «перших принципів». Він кожного разу логічно проходив усю низку міркувань від «засад» до певної конкретної роботи. Це дозволяло йому, уникаючи поширених помилок чи хибних уявлень, знаходити найбільш послідовний хід думки.

Значення діяльності С. І. Пекара визначається не тільки його науковими результатами. Він був блискучим педагогом і багато уваги приділяв вихованню молодих учених. Ця сторона його діяльності призвела до створення першої школи фізиків-теоретиків у Києві. У 1944 році С. І. Пекар відродив кафедру теоретичної фізики в Київському університеті, а в 1948 році при цій кафедрі вперше була створена спеціалізація, що готує фізиків-теоретиків. Курси лекцій з теоретичної фізики, які читав Соломон Ісаакович, справили величезний вплив на декілька поколінь студентів фізичного факультету університету, залучивши їх до основ сучасної науки. Його лекції відзначалися надзвичайною ясністю і глибиною і часто були подією для слухачів.

Одночасно С. І. Пекар створив і очолив теоретичний відділ в Інституті фізики АН УРСР, а з 1960 року — в Інституті напівпровідників АН УРСР.

В 1960 р. С. І. Пекар був вибраний академіком АН УРСР.

Навколо нього гуртується група співробітників і аспірантів. Учні Соломона Ісааковича і учні його учнів склали основу колективів теоретиків у Києві, Кишиневі, Донецьку. Багато теоретиків, що працюють сьогодні в провідних наукових установах не лише колишнього Союзу, а й усього світу, зараховують себе до «школи С. І. Пекара».

За ініціативою і під керівництвом С. І. Пекара протягом тридцяти років регулярно проводилися Всесоюзні наради з теорії напівпровідників, що справили великий вплив на розвиток досліджень у цій галузі й на виховання молодих теоретиків.

Наукові заслуги З. І. Пекара відзначені обранням його академіком АН УРСР у 1961 році, Державною премією УРСР 1981 року. Він був нагороджений орденом «Знак Пошани», двома орденами Трудового Червоного Прапора.

Життя Соломона Ісааковича, зовні позбавлене яскравих подій, не було легким. Навіть у перші післявоєнні роки, коли блискучі наукові досягнення створили навколо нього своєрідний ореол, йому нерідко доводилося розтрачувати сили в боротьбі з науковим консерватизмом, відстоюючи для себе і свого відділу право займатися справою, яка згодом одержала загальне визнання. Але Соломон Ісаакович ніколи не втрачав оптимізму, внутрішньої бадьорості, присутності духу. Всі ці якості були скеровані на роботу, і до такої ж зосередженої, цілеспрямованої роботи він прагнув привчити своїх співробітників. Це завжди робилося м'яко, без натиску, особистим прикладом. І так він працював майже до самого кінця, до смерті, що спіткала його 8 липня 1985 року.

Цей нарис залишився б незавершеним, якби в ньому не було згадано чудові особисті, суто людські якості С. І. Пекара. Соломону Ісааковичу завжди були притаманні вражаюча цілісність, незалежність думок, глибока принциповість, відсутність суєтності, духовна чистота. Ці якості створили особливу наукову й етичну атмосферу навколо нього, особливо у відділі теоретичної фізики. Він завжди уникав дрібних адміністративних конфліктів, але був непримиренний в питаннях принципових: при оцінці рівня і якості наукових робіт, при виборі наукової тематики, при вирішенні долі молодих науковців. Саме ці якості С. І. Пекара відкрили шлях у науку багатьом молодим теоретикам, визначили їхній науковий стиль та етичні критерії. При обговоренні наукових проблем він був вимогливий і справедливий, прагнув виявити слабкі місця обговорюваних робіт і тут таки надати максимальну допомогу для подолання виниклих труднощів. Особливо вимогливим Соломон Ісаакович був до власних робіт, у яких ретельно продумував всі деталі. Не будучи людиною «контактною», що легко і швидко встановлює прості відносини з малознайомими людьми, він водночас був дуже доброзичливий і внутрішньо демократичний. Ці чудові людські якості Соломона Ісааковича повною мірою розкривалися перед тими, хто мав щастя близько його знати.

Учні академіка С.І.Пекара

Деталі

Перегляди: 22356

    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).

Деталі

Перегляди: 16162

Толпыго Кирилл Борисович

    К. Б. Толпыго окончил Киевский государственный университет в 1939 году. Участвовал в Великой Отечественной Войне. После войны поступил в аспирантуру Института физики АН УССР (1944 г.), руководителем аспирантуры был С. И. Пекар. В 1949 году К. Б. Толпыго защитил диссертацию на соискание степени кандидата физико-математических наук. А в 1962 году защитил докторскую диссертацию. В 1963 году утвержден в ученом звании профессора по кафедре «теоретическая физика». В 1965 году был избран членом-корреспондентом Академии наук Украина (по Донецкому научному центру) по специальности «теоретическая физика». С 1948 по 1960 работал в Институте физики АН УССР. С момента образования Института полупроводников АН УССР до 1966 г. К. Б. Толпыго работал в нем, будучи заведующим отделом теории полупроводниковых приборов. Одновременно К. Б. Толпыго преподавал в Киевском государственном университете (1946 – 1966 гг.), причем с 1960 по 1966 гг. заведовал кафедрой теоретической физики. С 1965 года по 1988 год работал заведующим кафедрой теоретической физики в Донецком государственном университете. С 1965 года работал заведующим отделом теоретической физики в Донецком физико-техническом институте Академии наук Украины. А с 1988 года и до смерти занимал должность главного научного сотрудника Донецкого физико-технического института НАН Украины.

    К. Б. Толпыго широко известен своими исследованиями по теории твердого тела. Уже первые его работы 1949—1956 годов открыли собой новый этап в развитии динамической теории кристаллических решеток: в них впервые было последовательно рассмотрено адиабатическое приближение, позволяющее рассматривать деформацию электронных оболочек ионов при колебаниях ядер. Одновременно впервые были рассмотрены оптические колебания с учетом запаздывания, и получены смешанные состояния фотонов и фононов, значительно позже исследованных экспериментально, и получивших название поляритонов. В дальнейшем эта теория была обобщена на гомеополярные и молекулярные кристаллы. В динамику которых, таким образом, были введены дальнодействующие кулоновские силы. На этой основе была развита микроскопическая теория локальных состояний электронов малого радиуса. Эта теория позволила рассматривать взаимодействие их с фононами всех ветвей и любых волн и была успешно применена к теории поляритонов, F-центров и экситонов в щелочно-галоидных кристаллах. Далее следует отметить пионерские работы К. Б. Толпыго по кинетическим явлениям и феноменологической теории полупроводников: теории термоэмиссии фотоэдс, p-n переходов, поверхностных явлений и др.

    Кирилл Борисович Толпыго оставил после себя многочисленную плеяду учеников, которые работали и продолжают исследования в Киевском и Донецком Национальных университетах, Институте физики, Институте физики полупроводников и Донецком физико-техническим институте НАН Украины.

Деталі

Перегляди: 9623

Академік АН УРСР Олег В’ячеславович Снітко (1928 – 1990 ) - видатний український вчений галузі фізики напівпровідників і фізики поверхні та організатор науки.

О.В. Снітко народився 14 квітня 1928 р. в м. Києві. Закінчив Київський державний університет ім. Т.Г. Шевченка в 1951 році.

Десятий відділ Інституту напівпровідників АН УРСР було створено ним в 1961 р.

Спочатку відділ мав назву ”Фізика тонкоплівочних напівпровідників”. В 1970 р. відділ було перейменовано у відділ фізики поверхні напівпровідників. В 1967 році О.В. Снітко став заступником   директора по науковій роботі Інституту напівпровідників АН УРСР, а в 1970 році –директором Інституту. На цій посаді він працював до 1990 року.

Йому належать визначні наукові результати в галузі фотоелектричних явищ на поверхні напівпровідників та в галузі атомарно-чистої поверхні напівпровідників,   зокрема, ним разом з Б.О. Нестеренком вперше досліджено динамічні явища та фазово-структурні атомні перетворення на поверхні; була висунута ідея контрольованого створення поверхневих станів шляхом поверхневого легування; отримано визначні результати на гетеропереходах метал-напівпровідник типу Шотткі та в тонких плівках.

Ним, разом із співробітниками, було відкрито ефект глибокого нерівноважного виснаження напівпровідника під дією змінного електричного поля, який складає основу надзвичайно важливого нового класу мікроелектронних приладів, так званих приладів із зарядовим зв’язком (ПЗЗ).

Важливий цикл робіт, виконаний О.В.Снітком разом з В.А.Тягаєм,  присвячений дослідженню поглинання світла в напівпровідниках електромодуляційними методами. Їхні результати дозволили зробити висновок про те, що екситонні ефекти як у непрямозонних (германій, кремній), так і в прямозонних напівпровідниках (група А_IIB_VI) проявляються як в електропоглинанні, так і в електровідбиванні не тільки при низьких, але й при високих (аж до кімнатних) температурах.

Наукові дослідження О.В. Снітка стосувалися широкого кола об’єктів: актуальних до цього часу напівпровідників германію та кремнію, дво- та багатокомпонентних кристалів CdS, CdSe, CdTe, GaAs, InP, HgCdTe, а також плівок PbS, PbSe, чутливих до опромінення у широкому діапазоні спектра – від ультрафіолетового до інфрачервоного. Протягом усієї своєї наукової діяльності О.В. Снітко приділяв велику увагу дослідженням фотоелектричних та оптичних явищ і розробці відповідних методів. Ним разом з учнями В.Є. Примаченком, А.В. Саченком та іншими вперше було досліджено детально вивчено ефект поверхневого прилипання нерівноважних носіїв заряду і виконано великий цикл робіт, обумовлений впливом поверхневих чинників на фотоефекти в напівпровідниках та поверхнево-бар’єрних структурах на їх основі.

О.В. Снітко був удостоєний Державної премії УРСР з науки та техніки та премії ім. академіка К.Д. Синельникова.

Олег В’ячеславович Снітко опублікував більш ніж 250 наукових праць, у тому числі шість монографій, є автором багатьох авторських свідоцтв, декількох популярних статей про напівпровідники та їх застосування. Багато уваги він приділяв вихованню наукової зміни, підготував 8 докторів та 35 кандидатів наук.

Плідну наукову діяльність О.В. Снітко успішно поєднував з науково-організаційною та громадською роботою, був головою Наукової ради АН УРСР з проблеми ”Фізика напівпровідників”, членом Бюро Відділення фізики та астрономії АН УРСР, Наукової ради з проблеми ”Фізика і хімія напівпровідників” та секції АН СРСР з проблеми ”Фізика поверхні напівпровідників”. О.В. Снітко очолював відділення Інституту ”Фізика поверхні напівпровідників”, що об’єднувало шість відділів. Він був членом редколегії таких відомих наукових журналів як ”Физика и техника полупроводников” та ”Поверхность”.

Більш детальні відомості про Олега В’ячеславовича Снітка опубліковані в таких матеріалах.

1. Олег В’ячеславович Снітко, Київ, Академперіодика, 2008.
2. Глєбова А.М., Саченко А.В. Наукова школа О.В. Снітка в Інституті фізики напівпровідників НАН України. Наука та наукознавство, 2011, № 1, с. 79 - 104