ВЗГЛЯД В ПРОШЛОЕ
ИСТОРИЯ ПОЛУЗАБЫТОГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Кристадин Лосева
Лосев Олег Владимирович
Автор Олег Васильев
Прежде чем рассказать о великом открытии советского физика, изобретателя, кандидата физико-математических наук Лосева Олега Владимировича, я сделаю маленький экскурс в историю развития радио.
25 апреля (7 мая) 1895 г. на заседании Русского физико-химического общества, в здании «Же де Пом» (помещение для спортивных упражнений) во дворе Санкт-Петербургского университета Александр Степанович Попов продемонстрировал своё изобретение – первый радиоприёмник. Устройство было весьма примитивным и состояло из мачтовой антенны, когерера – стеклянной трубки с двумя электродами на концах, наполненной железными опилками, реле и звонка.
Электромагнитное поле высокой частоты, наводило в антенне ЭДС (электродвижущую силу). Ток, проходя через металлические опилки когерера, вызывал их спекание, вследствие чего сопротивление когерера уменьшалось, и в свою очередь включалась катушка реле. Реле, сработав, через свои замкнутые контакты подавало питание на звонок. Звонок срабатывал и своим молоточком встряхивал когерер, приводя его в исходное состояние.
В 1901 году, в результате проводимых работ по усовершенствованию передатчика и приёмника радиоволн, Попов добился максимальной дальности связи до 150 км.
В 1904 году английский учёный Джон Амброз Флеминг представляет миру своё новое изобретение – двухэлектродную лампу – «Диод Флеминга».
В 1906 году американский изобретатель Ли де Форест совершенствует изобретение Флеминга, добавив в электронную лампу управляющую «сетку», таким образом лампа становится радиочастотным детектором. Вскоре Форест совместно с Эдвином Армстронгом усовершенствовали прибор и применили его в первом электронном усилителе, а саму лампу назвали триодом, а в 1913 году на основе триода был создан автогенератор.
Таким образом, стало возможным не только передавать и принимать телеграфные, но и голосовые сообщения. Эфир заговорил на разных языках, сквозь треск атмосферных разрядов радиослушатель, не выходя из дома, мог уже слушать оперу, передаваемую, например, из «Гранд Оперы» в Париже или из «Ла Скала» в Милане.
Изобретение радиолампы был первым шагом в развитии связи, да и радиоэлектроники в целом. Но радиолампа обладала целым рядом недостатков: высокое энергопотребление, динатронный эффект, потеря эмиссии катодом, в любой момент могла перегореть нить накала и т. д.
Кристаллы цинкита.
В поисках более надёжных, обладающих малым энергопотреблением компонентов для радиоэлектронной аппаратуры, в конце 1921 года в Нижегородской лаборатории, а затем в Твери в своей кустарной лаборатории Олег Владимирович Лосев проводит исследования с кристаллами цинкита1 (ZnO). Учитывая, что контакт между металлом и кристаллом не подчиняется закону Ома, то есть обладает нелинейной вольтамперной характеристикой, Лосев предполагал, что в колебательном контуре, подключенным к такому контакту, возникнут незатухающие колебания, но как оказалось, одной нелинейности вольтамперной характеристики было мало.
Продолжая исследования, Лосев обнаружил, что в определённых точках контакта «кристалл-угольное остриё» цинкита, особенно после переплавки его в печи Муассана2 (после переплавки возрастает проводимость кристалла), при приложенном напряжении 10 В. наблюдалась генерация высокочастотных сигналов, а при уменьшении напряжения в определённых размерах можно было реализовать усилительный режим.
Кристадин Лосева
Всё это стало возможным благодаря наличию падающего участка вольтамперной характеристики контакта, то есть кристалл при определённых уровнях приложенного напряжения обладал отрицательным дифференциальным сопротивлением.
12 января 1922 года Олег Владимирович собирает свой первый детекторный приёмник, напряжение смещения на кристалл поступает от трёх батареек, общим напряжением 12 В. По своей чувствительности кристадин Лосева не уступал обыкновенному ламповому регенеративному приёмнику, но требовал меньше электропитания, чем ламповый.
Лосев продолжает исследования характеристик кристаллических детекторов и 9 марта 1922 года на лабораторной беседе представляет доклад на тему «Детектор-генератор». В теме раскрывались вопросы генерация точек кристалла и усиление детекторов на отрицательном участке вольтамперной характеристики.
Изобретатель разрабатывает метод исследования поверхностей кристалла с помощью острых зондов для обнаружения электронно-дырочных переходов.
Один из вариантов схем кристадина
В дальнейшем Лосев совершенствует свой приёмник, добившись 15 кратного усиления.
Издаются его брошюры, где он описывает методику поиска активных точек на поверхности цинкита, даёт рекомендации по обработке кристаллов и приводит практические схемы для самостоятельной их сборки. Его брошюры пользуются большой популярностью среди радиолюбителей.
В 1923 году Олег Владимирович получает несколько патентов на способ изготовления детектора и способы его применения.
Свечение у контакта
В 1924 году физик, проводя эксперименты с кристаллами, под микроскопом обнаружил явление электролюминесценции. В наше время это свойство кристаллов применяется в светодиодах.
27 июня 1928 году Олег Владимирович Лосев вместе со своими коллегами переезжает в Ленинград, где продолжает работу в вакуум-физико-технической лаборатории ЦРЛ. Тематика работ его прежняя – изучение свойств полупроводниковых кристаллов. Так освещая активный слой кристалла, Лосев открыл удивительное свойство полупроводников – вырабатывать напряжение под действием света, так называемый фотоэффект, применяемый в наше время в солнечных батареях.
Лосев приблизился к открытию транзистора, но из-за неудачно выбранного материала (карбид кремния) ему не удалось получить необходимого усиления.
Кристаллические детекторы со временем теряли своё свойство усиления и генерации и, не смотря на убедительные доводы Лосева о перспективе проведения дальнейших исследований и экспериментов в этой области, руководство лаборатории закрыло этот проект, настоятельно порекомендовав заняться другими темами.
2 июля 1938 года на основе его 21 статьи и 12 авторских прав учёный совет Индустриального института присвоил ему учёную степень – кандидат физико-математических наук.
Умер Олег Владимирович в 1942 году от голода в блокадном Ленинграде. Место захоронения его неизвестно.
P. S. Между тем работа над изучением свойств кристаллов в США продолжалась. Так в 1936 году американский физик, исследователь полупроводников Уильям Шокли приступает к изучению возможности создания твердотельных переключателей, способных заменить электромеханические реле на телефонных станциях.
В 1939 году Рассел Ол, Джон Скафф и Генри Тойерер провели первую плавку полупроводника в гелиевой атмосфере. Путём очистки и переплавки полупроводников им удалось добиться их стабильной работы.
16 декабря 1947 года американский физик-экспериментатор Уолтер Браттейн и теоретик Джон Бардин собирают первый работоспособный точечный транзистор и т. д.
Только в 1947 году в СССР началась работа в области полупроводниковых усилителей, и только в 1949 году начинается серийный выпуск германиевых триодов С1 – С4.
1Цинкит – редкий минерал класса простых окислов, оксид цинка.
2Печь Муассана – электродуговая печь, усовершенствованная французским химиком Андре Муассаном.
masterok
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. 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 91 год 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.
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.
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.
Когда в 1915 г. был изготовлен первый образец пустотного реле, Бонч-Бруевич собрал на своем столе макет испытательного радиоприёмника и подключил к нему свою первую самодельную радиолампу. Однако баллон опытного образца плохо держал даже не очень глубокий вакуум, потому лампа могла работать только при непрерывной откачке воздуха из нее, т.е. при непрерывной работе насосов, а для вращения электромоторов требовался ток. Первую небольшую партию ламп Бонч-Бруевич сумел изготовить к осени 1915 г. Правда, это были пока газонаполненные приборы, но с весны 1916 г. тверские умельцы наладили изготовление двуцокольных вакуумных ламп со стальными электродами, которые по всем параметрам превзошли французские лампы промышленного производства. Так, если французская лампа имела рабочий ресурс 10 часов и стоила 250 рублей, то тверская лампа при ресурсе 4 недели стоила лишь 32 рубля. Это ж была та самая «бабушка» последующих конструкций радиоламп Бонч-Бруевича.
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.
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.
Возможности для экспериментов были безграничными, только меняй кристаллы да материал иглы. Главное – цель. И тут оказалось, что недостаток знаний не всегда недостаток – нередко из-за этого и появляются открытия, была бы удача. Приступая к исследованиям, О. В. Лосев исходил из принципиально ошибочной посылки, что поскольку «некоторые контакты… между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, 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; обязателен падающий участок – да Лосев этого не знал!) Удивительно, но у некоторых кристаллов он обнаружил искомые активные точки, обеспечивающие генерацию высокочастотных сигналов. Особенно эффективной оказалась пара «цинкит – угольное острие», которая при напряжениях менее 10 В позволяла получать радиосигналы с длиной волны вплоть до 68 м. Понятно, что сбивая генерацию, можно было реализовать и усилительный режим. Статья О. В. Лосева о детекторе-генераторе и детекторе-усилителе появилась в ТиТбп в июне 1922 г. К чести Лосева отметим, что в ней он разъясняет обязательность наличия падающего участка вольтамперной характеристики контакта. Разъясняет очень подробно, рассматривая вопрос и качественно и аналитически. По тону чувствуется, что разъясняет не только читателю, но прежде всего самому себе. Это характерно и для его последующих статей. В них он всегда не только исследователь, по и прилежный студент курсов самообразования. Замечательно, что рядом с Лосевым оказался В. К. Лебединский, который отчетливее, чем его молодой сотрудник, понял, что сделано открытие. Профессор сходу попытался дать объяснение наблюдаемому явлению, занялся этим и сам первооткрыватель, но ничего путного тогдашняя фундаментальная наука подсказать им не могла. В конце концов Лосев довольствовался лишь гипотезой: при достаточно большом токе в зоне контакта возникает некий электронный разряд наподобие вольтовой дуги, но без разогрева. Этот разряд и закорачивает высокое сопротивление контакта, обеспечивая генерацию. Похоже, вплоть до конца 1920-х гг. ему казалось, что процесс протекает в атмосфере над поверхностью кристалла. (По современным представлениям имело место сочетание лавинного пробоя с тиристорным эффектом.)
Конечно же В. К. Лебединский и М. А. Бонч-Бруевич обратили внимание на невоспроизводимость эффекта и на то, что, немного поработав, детекторы-генераторы «скисали», поэтому о какой-либо конкуренции с ламповой электроникой как генеральным направлением не могло быть и речи, но практическая значимость открытия была огромной.
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
Регенеративный приемник “Кристадин”
В те годы радиолюбительство начало принимать массовый характер. Вышло постановление правительства о его развитии, названное «законом о свободе эфира». Электронных ламп не хватало, и они были дороги, да им еще требовался и специальный источник электропитания, а схема Лосева могла работать от трех-четырех батареек для карманного фонарика! В серии последующих статей Олег Владимирович описал методику быстрого отыскивания активных точек на поверхности цинкита, заменил угольное острие металлической иглой, дал рецепты по обработке самих кристаллов и, разумеется, предложил целый ряд практических схем радиоприемников. И на все эти технические решения получил патенты (всего 7), начиная с «Детекторного приемника-гетеродина», заявленного в декабре 1923 г. Кто-то придумал звучное и вполне обоснованное название такому, полностью твердотельному приемнику – кристадин, образованное из сочетания кристалл + гетеродин. Очень скоро, используя детекторы-генераторы, радиолюбители начали делать и радиопередатчики, пригодные для связи на несколько километров. Это был подлинный триумф, популярные брошюры о кристадине расходились массовыми тиражами, а когда их перевели на английский и немецкий, О. В. Лосев получил широкое европейское признание. В письмах «оттуда» его величали не иначе как профессором, да и в НРЛ его карьера удалась: с первоначальной должности «служителя» (что-то вроде мальчика на побегушках) он шагнул в лаборанты, женился (неудачно) и почти перестал голодать.
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, 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 появились 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.
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 вовсе 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.
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.
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 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».
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.
7. Олег Владимирович Лосев и его изобретения, опередившие время
В этой главе мы расскажем не только о научных исследованиях О.В. Лосева, но и покажем значение его изобретений с современных позиций. Что же характерно для научного наследия О.В. Лосева? Это прежде всего то, что значение его изобретений в наши дни не уменьшилось, а возросло. Более того, его изобретения приобрели мировое значение и известность. В 2013 году исполняется 110 лет со дня рождения Олега Владимировича Лосева. Поэтому рассказ об отечественном изобретателе и ученом начнем с его биографии.
Лосев Олег Владимирович родился 9 мая 1903 г. в Твери. В 1920 поступил в Нижегородскую радиолабораторию, с 1929 г. — сотрудник Ленинградского физико-технического института, с 1938 — Ленинградского 1-го медицинского института. В 1942 г. в блокадном Ленинграде в возрасте 39 лет скончался от истощения.
В этих скупых строках его биографии нет главного. Нет его научных достижений. А ведь Лосев в 19 лет обнаружил у некоторых кристаллических полупроводников Рис. 25. (цинкита и др.) способность генерировать электрические колебания высокой частоты.
Рис. 25. Олег Владимирович Лосев
На основе этого явления он построил полупроводниковый регенеративный, а затем гетеродинный приёмник, получивший широкую известность во всем мире под названием кристадина.
В 1927 г. обнаружил свечение генерирующего полупроводникового кристалла карборунда («свечение Лосева»). Изучил также фотоэлектрический эффект в полупроводниках, предложил новый способ изготовления фотоэлементов. Последней его работой, которая проводилась в дни блокады Ленинграда, была конструкция прибора для обнаружения металлических предметов в ранах.
Начну рассказ с первого изобретения Олега Владимировича. С раннего детства он был увлечен радиолюбительством, на деньги, сэкономленные от школьных завтраков, он оборудовал свою домашнюю мастерскую. Огромное впечатление в школьные годы на Олега Лосева произвела лекция В. М. Лещинского, бывшего в то время начальником Тверской правительственной радиостанции. Доходчивые и убедительные слова известного в то время специалиста в области радио глубоко запали в душу любознательного мальчика и фактически определили выбор его будущей профессии.
Там же, в Твери он познакомился с В.К. Лебединским и М. А. Бонч-Бруевичем, сотрудниками Тверской радиостанции, которые станут его будущими научными наставниками в Нижнем Новгороде. После окончания школы он едет в Москву и поступает на учебу в институт, но случайная встреча с В. К. Лебединским на Первом Всероссийском радиотехническом съезде меняет все его планы.
Лосев бросает институт и поступает на работу в Нижегородскую лабораторию, созданную по декрету В. И. Ленина в 1918 г. Его принимают в лабораторию Владимира Константиновича Лебединского, в то время одного из самых авторитетных российских ученых в области радио. Под непосредственным влиянием и руководством профессора Лебединского очень быстро Олег Владимирович из лаборанта превращается в пытливого исследователя, ищущего свои пути в науке.
Его первая научная статья вышла уже в 1921 году в местном журнале «Радиотехник». В следующем году он публикует статью «Детектор-генератор; детектор-усилитель» в журнале Нижегородской радиолаборатории «Телеграфия и телефония без проводов» (ТиТбп) . В этом же году им была подана заявка на выдачу патента «Способ генерирования незатухающих колебаний». Однако патент № 996 по данной заявке (рис. 26) был выдан лишь 22.02.1926 г.
Рис. 26. Первый патент О.В. Лосева
Получается, что публикация статьи опередила установление за О. В. Лосевым авторских прав на изобретение приемника с кристаллическим генератором. Но Лосев спешит рассказать всему миру о своем изобретении. И вот уже появляются его статьи во Франции, Германии, Англии и в США. Они вызывают восторженное отношение у специалистов и радиолюбителей. Приемнику Лосева за границей дается название «кристадин» редактором парижского журнала, инженером Кинэ. Похвалы «приемнику без ламп» и его изобретателю расточаются в изобилии; не забыто и то, что Лосев опубликованием своих схем, не получив патент, подарил свое изобретение радиолюбителям всего мира.
Кристадины начинают изготавливаться в разных странах, о них публикуются множество статей. Но так ли бескорыстны зарубежные авторы этих публикаций? Возьмем к примеру одну из ранних статей в США из журнала «Radio News» 1924 г. . В статье нет ссылок на статьи О. В. Лосева, опубликованные ранее как в Европе, так и в России. Имеется лишь уведомление такого содержания, цитирую: «The diagrams, as well as a good deal of the information printed in this article, are published in conjunction with «Radio Revue» of Paris. Arrangements have also been made with the inventor, Mr. О. V. Lossev, to furnish additional information on the Crystodyne principle» (Диаграммы, а также большой объем информации, напечатанные в этой статье, опубликованы в союзе с «Radio Revue» из Парижа. Соглашения также были достигнуты с изобретателем м-ром О.В. Лосевым, чтобы получить дополнительную информацию по кристадинам).
Но самое главное в другом. Торговая марка «Кристадин» присваивается себе журналом «Radio News», цитирую: «The term «Crystodyne» has been trade-marked by RADIO NEWS in the United States as well as in Europe. Manufacturers and the trade are cautioned not to use it on any merchandise without the consent of RADIO NEWS» (Термин «Кристадин» был торговой маркой RADIO NEWS в США, а также в Европе. Производители и торговля предупреждаются о запрете использования его без согласия RADIO NEWS).
После такого заявления сам Лосев уже не имел права называть свое детище Кристадином без согласия американцев. Вот такой «положительный отзыв» Олег Владимирович на свое изобретение получил из США в 1924 г.
Может быть поэтому статья профессора В. К. Лебединского в журнале «Радиолюбитель» в 1924 г. «Первое выступление на мировой арене», сопровождаемая обложкой только что упомянутого американского журнала, завершается фельетоном, в котором весьма едко затронут вопрос о невыдаче патента Лосеву: «Виданное ли это дело, чтоб русские изобретения в России патенты получали» и далее «Говорят человека не нашлось, чтоб мог обычный детектор от генерирующего отличить — вот и не дали патент». Не известно из-за этой статьи с фельетоном или по какой-то другой причине, но профессор В. К. Лебединский в 1924 г. получил выговор от наркомата почт и телеграфов, исключен из штатов наркомата и был вынужден покинуть радиолабораторию и Нижний Новгород. Но ведь до 1924 г. наверняка ни одна публикация Олега Лосева и ни один его патент не прошел этап обсуждения с его учителем В. К. Лебединским, который, несомненно, делал Лосеву замечания, давал советы.
Почему же Олег Владимирович во всех статьях и патентах везде один? И даже в зарубежных публикациях, которые он осуществил не без помощи профессора Лебединского нет ни слова о его учителе. Такой стиль ученого-одиночки в дальнейшем еще более укоренился в его научных исследованиях. Своих учеников и последователей после своей смерти Лосев не оставил. И может быть поэтому его последняя публикация, в которой он наиболее близко приблизился к созданию полупроводникового триода, потерялась во время войны и не может быть никем воспроизведена.
К сожалению, не удалось Олегу Владимировичу объяснить физическую сторону явления, которая была положена в основу его изобретения, как и английскому ученому Икклзу, который в 1910 году заметил генерирующие свойства колебательного контура при подключении к нему некоторых типов кристаллических детекторов при подаче на них постоянного напряжения.
Однако в отличие от своего предшественника, который объяснял генерирующие свойства дуговыми явлениями,
О.В. Лосев своими опытами доказал, что не тепловые эффекты лежат в основе принципов работы кристадина, а электронные процессы на границе полупроводника и металла. Но главное, что ему удалось впервые применить генерирующие свойства полупроводников на практике. Можно смело утверждать, что практическая полупроводниковая электроника началась впервые в мире с создания О.В. Лосевым кристадина (рис. 27).
Рис. 27. Кристадин Лосева (музей HPЛ)
Не менее значимы исследования О. В. Лосева, связанные со свечением полупроводников. В статье, опубликованной в 1923 г., Лосев впервые сообщил, что наблюдал свечение зеленого света в контактной точке детектора на основе карбида кремния (карборунда) . Казалось бы, до него в журнале «Electrical World» в 1907 г. английский ученый Раунд (H.J. Round) в небольшой заметке описал подобное явление свечения карборундового детектора под воздействием приложенного постоянного напряжения. Почему же в таком случае это явление в историю физики вошло под названием «Свечение Лосева»?
Все дело в том, что заметка Раунда не оказала никакого влияния на последующее развитие науки о светящихся кристаллах. Лосев же провел детальное исследование этого явления. Более того, он описал в последующих работах, что в данном явлении имеют место фактически два разного типа свечения при различной полярности напряжений на контакте. Используя современную терминологию, можно сказать, что О. В. Ло сев исследовал не только инжекционную электролюминесценцию, которая в настоящее время лежит в основе светодиодов и полупроводниковых лазеров, но предпробойную электролюминесценцию, которая применяется в оптоэлектронике при создании люминесцентных дисплеев.
Следует подчеркнуть, что именно в исследовании свойств карборунда проявился истинный талант О. В. Лосева как экспериментатора. Применяя предложенный им метод шлифов и зондовой микроскопии, перемещая тонкое металлическое острие поперек шлифа, он показал с точностью до одного микрона, что предповерхностная часть кристалла имеет сложное строение. Он выявил активный слой толщиной несколько микрон.
На основе этих исследований Лосев предположил, что причиной униполярной проводимости являются различные условия движения электронов по обе стороны активного слоя. Совершенствуя эксперимент и доведя число зондов-электродов до трех и более, он свое предположение подтверждает. Фактически в этом эксперименте Лосев был близок к изобретению трехэлектродного полупроводникового прибора — транзистора .
Судя по найденной недавно рукописной автобиографии О. В. Лосева, написанной им самим в 1939 г. (оригинал хранится в Политехническом музее), «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». Комплексный экспериментальный метод позволил Лосеву исследовать вентильный фотоэлектрический эффект в карборунде. В последней из опубликованных им статей в 1940 г. он пишет: «Явление вентильного эффекта в карборунде обратимо: при токе от внешнего источника напряжения, внутри того же самого слоя полупроводника, в котором мог происходить вентильный фотоэффект происходит довольно интенсивное холодное свечение…». Чтобы выбрать наиболее подходящий материал для изготовления фотоэлементов, Лосев исследовал огромное количество полупроводников. Он выбрал кремний, который давал наиболее высокую фоточувствительность.
Великую Отечественную войну О. В. Лосев встретил, работая на кафедре физики 1-го Ленинградского медицинского института. Он отказался от эвакуации и не прекратил своей научной деятельности, тем самым оказывая большую помощь фронту. Им были разработаны электростимулятор сердечной деятельности, портативный прибор для обнаружения металлических осколков в ранах, система противопожарной сигнализации. Несмотря на язвенную болезнь желудка и недостаточное питание, Лосев становится донором и отдает свою кровь для защитников Ленинграда. Все это самым неблагоприятным образом сказалось на его здоровье и 22.01.1942 года Олег Владимирович Лосев скоропостижно скончался.
Как мы видим, жизнь Олега Владимировича Лосева яркая и трагичная. Она напоминает сверкающий след метеора на научном небосклоне. В двадцать лет он делает открытия, значимость которых мы начинаем понимать только теперь. В 35 лет ему присуждают ученую степень кандидата физико-математических наук. Его преданность науке не имеет границ. Трагическая смерть от голода в осажденном Ленинграде в 39 лет вызывает у нас скорбь и сострадание.
До сих пор не прекращаются споры о том, от какого момента следует отсчитывать время зарождения полупроводниковой электроники. Одни считают — это момент создания полупроводникового выпрямителя. Но я считаю, что следует отсчитывать от момента создания полупроводниковых приборов, способных не только выпрямлять, но и усиливать и генерировать электромагнитные колебания. Человеком, который это совершил, был наш соотечественник, изобретатель и ученый Олег Владимирович Лосев. Его замечательные открытия — усиление и генерация, свечение полупроводников, намного опередили свое время и оказались практически забытыми в наше время.
Хотелось бы закончить эту главу словами академика
А.Ф. Иоффе о Лосеве : «О. В. Лосев был талантливым и совершенно оригинальным ученым и изобретателем, шедшим своим путем, иногда предвосхищая развитие техники. Его результаты имеют значение как для радиотехники, так и для многообразных применений полупроводников. Явление падающей характеристики было открыто еще в 1922 г. О. В. Лосевым на контакте стальной проволочки с кристаллом цинкита и некоторых других материалов. Впрочем, и в вопросе о значении р-n границы приоритет принадлежит тому же О.В. Лосеву, который в 1938–1939 гг. изучал видимые на глаз прослойки в кристаллах карборунда с противоположным механизмом проводимости. Таким образом, О. В. Лосев не только подметил выпрямление на границе между Р и N карборундом, но и открыл и, по-видимому, правильно объяснил свечение при прохождении тока через границу».
Поделитесь на страничке
Следующая глава >