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 87 лет со дня создания первого в мире полупроводникового прибора, усиливавшего и генерировавшего электромагнитные колебания. Автором этого важнейшего изобретения был наш соотечественник, девятнадцатилетний сотрудник Нижегородской радиолаборатории Олег Владимирович Лосев. Его многочисленные открытия намного опередили время и, как это, к сожалению, часто случалось в истории науки, были практически забыты к моменту начала бурного развития полупроводниковой электроники.
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. И уже 13 января 1922 г. Лосев в детекторе из цинкита обнаружил активные свойства, т.е. способность кристаллов в определённых условиях усиливать и генерировать электрические колебания, а построенный Лосевым в 1922 г. радиоприёмник с генерирующим диодом – «кристадин» — принёс молодому учёному и изобретателю всемирную известность. Зарубежные научные журналы называли кристадин Лосева «сенсационный изобретением», а самого девятнадцатилетнего учёного – «профессором». После изобретения «Кристадина» Лосев стал едва ли ни «богом» радиолюбителей. В период с 1924 и по 1928 годы он получил от радиолюбителей более 700 писем и ни одно из них не оставил без ответа.
Устройство Лосева позволило не только принимать радиосигналы на больших расстояниях, но и передавать их. Молодому исследователю удалось получить пятнадцатикратное усиление сигнала в головных телефонах (наушниках) по сравнению с обычным детекторным приемником. Радиолюбители, высоко оценившие изобретение Лосева, писали в различные журналы, что «при помощи цинкитного детектора в Томске, например, можно слышать Москву, Нижний и даже заграничные станции». По лосевской брошюре «Кристадин» создавали свои первые приемники тысячи энтузиастов радиосвязи. Более того, кристадины можно было просто купить как в России (по цене 1 руб. 20 коп.), так и за рубежом.
Продолжая исследования, Лосев в 1923 г. на карборундовом детекторе обнаружил ещё одну разновидность активности кристаллов: холодное безинерционное свечение, т.е. способность полупроводников генерировать электромагнитные излучения в световом диапазоне волн. Раньше такого явления он не наблюдал, но прежде и использовались другие материалы. Карборунд (карбид кремния) был испробован впервые. Лосев повторил опыт — и снова полупрозрачный кристалл под тонким стальным острием засветился. Так, 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.
