Найди свое призвание!
Статья в газете «Поиск-НН», № 12 (139) декабрь 2011 г.
Встреча корреспондента журнала «Поиск-НН» с заместителем директора Института физики микроструктур Российской академии наук, заведующим отделом физики полупроводников этого института, лауреатом Государственной премии СССР, профессором, д. ф.-м.н. Владимиром Изяславовичем Гавриленко не была случайной. В канун Нового года 15 декабря 2011 г. ученому исполнилось 60 лет. И большая часть его сознательной жизни, начиная со школьной скамьи, была связана с наукой.
Владимир Изяславович — нижегородец. В 1966 г. состоялся расширенный набор способных ребят в нашу знаменитую 
40-ю школу, директором которой долгие годы был Вениамин Яковлевич Векслер. В его 8-й класс по итогам олимпиады и поступил Володя Гавриленко. Физику вела прекрасный педагог и незаурядный человек Нелли Матвеевна Зверева. И физика стала его любимым предметом.
Вот как об этом рассказывает сам Владимир Изяславович: «Когда чем-то увлекаешься, то оно легче дается. Стал участвовать в школьных, районных олимпиадах. Мне везло. Занял первое место на областной олимпиаде. Поехал на 1-ю Всесоюзную олимпиаду, которая проходила в Московском физико-техническом институте, что под Москвой в Долгопрудном. Получил первую премию. И институт запал в душу, и возникло желание там учиться физике».
В.И Гавриленко окончил МФТИ в 1975 г. Этот институт известен тем, что студенты старших курсов включаются в исследовательскую работу в базовых институтах — и академических, и ведомственных. Диплом защищал в Физическом институте им. П. Н. Лебедева (ФИАН), там же поступил в аспирантуру. Научными руководителями его были Виктор Сергеевич Вавилов, сын Сергея Ивановича Вавилова, и Владимир Николаевич Мурзин. В 1978 г. (в 27 лет), работая уже в ИПФ РАН, защитил кандидатскую диссертацию. За два года до окончания аспирантуры женился. И, вполне естественно, что и личная, и научная жизнь с тех пор была связана с родным городом. В 1993 г. было принято решение о создании в Н. Новгороде Института физики микроструктур РАН. Тем самым руководство РАН подтвердило мировой уровень работ нижегородских физиков в области физики твердотельных наноструктур, высокотемпературной сверхпроводимости и рентгеновской оптики. Более того, институт разместился в специально построенном здании, что для начала 90-х было явно нерядовым событием. С 1994 г. В. И. Гавриленко и работает в этом институте.
Нужно сказать, что даже с комментариями ученого понять, что к чему в научном институте, довольно сложно. Поэтому разрешим себе делать некоторые отступления, знакомя читателей с проблемами, решением которых занимается отдел физики полупроводников, не только со слов его заведующего.
Отдел физики полупроводников является самым большим среди всех отделов ИФМ РАН. В отделе работают более 60 сотрудников, включая студентов иаспирантов. Основные направления деятельности отдела физики полупроводников института физики микроструктур — физические основы развитиякремниевой оптоэлектроники ближнегоИК диапазона и освоение терагерцовогодиапазона с использованием полупроводниковых наноструктур.
В.И Гавриленко: «Когда я вернулся в Горький и начал работать в ИПФАНе, то тематика моих исследований поменялась полностью. Ситуация для меня была стрессовая. Несколько лет не было публикаций. Но то, что я пришел из другого места, оказалось очень полезным. Нижний — славен радиофизикой. Я влился в сильную научную группу, которая работала над проблемой, требующей проведения экспериментов в импульсных электрических полях. В нашем отделе была лаборатория, где работали специалисты, очень сильные в радиотехнике. Однако почему-то их знания и умения никак не могли объединиться. Я же привез схемы, чертежи. Стал паять, сделал несколько приборов, которые позволили начать проводить эксперименты. В этих экспериментах сразу были обнаружены эффекты, которые до этого не наблюдались. Несколько групп в отделе занимались горячими носителями в таком достаточно простом материале, как дырочный германий. Эта работа, в которой и я принимал непосредственное участие, завершившаяся созданием новых типов лазеров в терагерцовом диапазоне, была отмечена Государственной премией.
Государственная премия СССР в области науки и техники 1987 г. «Инвертированные распределения горячих носителей заряда в полупроводниках и генерация стимулированного излучения в ММ, СБММ и ДИК диапазонах» (Среди 12 лауреатов и В. И. Гавриленко). Предсказаны, обнаружены и детально исследованы новые физические явления, возникающие при динамическом разогреве носителей заряда в полупроводниках в сильных электрических и магнитных полях, приводящем к значительной деформации функции распределения, локализации и накоплению носителей в выделенных областях импульсного пространства. Впервые получено стимулированное излучение в инвертированных системах горячих дырок в Ge и созданы первые в мире лабораторные образцы полупроводниковых мазеров и лазеров коротковолновой части миллиметрового, субмиллиметрового и дальнего ИК (терагерцового) диапазонов.
В.И. Гавриленко: «Эти исследования развивались достаточно быстро, и в 1984 г. двумя группами в нашем отделе было получено стимулированное излучение. Одна группа получила эффект в скрещенных полях, а З. Ф. Красильник и я с коллегами — в параллельных электрическом и магнитном полях. К сожалению, эти приборы, очень интересные с физической точки зрения, по ряду опять же чисто физических условий не нашли практического применения. Это оказалась работа для учебников.
В 1992 г. защитил докторскую диссертацию. С этого года еще в ИПФ РАН начал заниматься полупроводниковыми гетероструктурами на основе германия и кремния с квантовыми ямами. И все мои дальнейшие исследования связаны с терагерцовой спектроскопией полупроводниковых наноструктур».
Идея использования структур с гетеропереходами в полупроводниковой электронике была выдвинута уже на заре развития электроники, в начале 50-х годов, хотя в то время ее мало кто воспринимал всерьез. Но уже в конце XX века Нобелевский комитет счел необходимым присудить премию «за основополагающие работы в области информационных и коммуникационных технологий». Именно в этой области человеческой деятельности в последние десятилетия происходят революционные изменения. Вот что об этом говорит Нобелевский лауреат, русский ученый Жорес Иванович Алферов: «Развитие физики и технологии полупроводниковых гетероструктур привело к значительным переменам в нашей повседневной жизни… Едва ли можно вообразить нашу жизнь без телекоммуникационных систем, основанных на лазерах с двойной гетероструктурой, без гетероструктурных светодиодов и биполярных транзисторов, без малошумящих транзисторов с высокой подвижностью электронов, применяющихся в высокочастотных устройствах, в том числе в системах спутникового телевидения».
В.И. Гавриленко: «Освоение терагерцового диапазона очень важно. У человечества вообще нет ненужных диапазонов. Электромагнитные волны терагерцового диапазона отражаются металлами, но они проникают через пластмассы, бумагу, сухую древесину и любые мутные среды и мелкодисперсные материалы. В терагерцовом диапазоне лежат вращательные спектры многих органических молекул, включая колебания биологически важных коллективных мод ДНК и белков. Есть, например, такая проблема — создание систем безопасности в аэропортах. Японцы уже несколько лет используют систему, которая «просвечивает» авиапочту. В 90-е годы развивать экспериментальные исследования было сложно. Не было необходимого оборудования, уходили сотрудники. Стало полегче, когда несколько групп в Институте в 1994 г. получили поддержку от фонда Сороса. За счет 20%-х отчислений на накладные расходы закупили оргтехнику для общеинститутских служб, провели первые компьютерные сети. У нашей группы был тогда самый крупный проект в Нижегородской области (около 100 тыс. долларов). Тематика — германий-кремниевые структуры. Проект дал возможность купить компьютеры, запчасти для импортного оборудования. Однако жизнь еще раз показала, что деньги не все определяют. Из той команды, которая выполняла этот проект, в институте почти никого не осталось.
Действительно, самой острой стала проблема кадров. В ИФМ РАН есть базовая кафедра Нижегородского государственного университета им. Н. И. Лобачевского — «Физика наноструктур и наноэлектроника«, на которой могут обучаться студенты всех трех физических факультетов ННГУ. В тех случаях, когда студенты выбирают специализацию в нашем Институте, часть учебной нагрузки той кафедры, с которой они к нам пришли, им заменяют курсами и спецкурсами нашей кафедры.
Чтобы показать, что ждет студентов на старших курсах, если они выберут для специализации нашу кафедру, был разработан экспериментальный практикум. Студенты-третьекурсники в течение нескольких недель выполняют в институтских лабораториях эксперименты на рабочих местах, где ведутся основные исследования. А рядом с ними работают научные сотрудники института. Потом они переходят в другую лабораторию и могут выполнить другой эксперимент. За семестр им удается провести два-три экспериментальных исследования, причем некоторые студенты просят разрешить им остаться в Институте еще на семестр. Когда учебно-научный эксперимент заканчивается, проводится конференция, на которой студенты делятся друг с другом тем, чему они научились. И только после этого они принимают решение, где им делать курсовую работу, а вслед за ней — бакалаврскую, магистерскую и, возможно, кандидатскую диссертацию. Для тех же, кто в итоге выбрал нашу базовую кафедру, введена обязательная форма отчетности — участие в студенческой конференции. Один раз за семестр, в декабре и в мае, учащиеся должны на ней выступить и рассказать, как движется их работа. Кроме того, у нас существует постоянный образовательный семинар студентов и аспирантов. Он весьма популярен и обычно собирает 80-90 участников, в числе которых и маститые ученые.
С начала 2000-х годов в Институт стали приходить и закрепляться молодые кадры, и поначалу мы брали почти всех. Теперь к отбору подходим более строго. Нам в первую очередь важно понять, способен ли молодой человек к научному творчеству. Есть немало примеров, когда студент блестяще оканчивал университет, а успешный ученый из него не получался.
Среди тех, кто приходит к нам на работу, бездарей нет. А вот талантливые, по-настоящему талантливые встречаются. Вот свежий пример. Очень способный молодой ученый Сергей Криштопенко, обучавшийся в совместной российско-французской аспирантуре, 10 ноября 2011 защитил диссертацию в университете Тулузы. Пришел к нам на третьем курсе и, изучая квантовую механику, рассчитал энергетический спектр в исследуемых нами тогда узкозонных гетероструктурах. Я второй раз в жизни взял к себе аспирантом теоретика и не ошибся. Он взялся и дальше теоретически «сопровождать» решаемые нами экспериментальные задачи и быстро продвинулся за уровень компетенции «взрослых» ученых в нашем институте. Сейчас он работает у нас — Академия дала четыре ставки на три года для молодых ученых, и одна из них стала его как единственного представившего кандидатскую диссертацию по окончании аспирантуры. Прошедшим летом он вдохновил молодых коллег-экспериментаторов и вместе с ними обнаружил предсказанный им спиновый резонанс в двумерном электронном газе в квантовых ямах InAs/AlSb. Это пионерская работа».
С точки зрения практического применения, история развития полупроводниковых лазеров — это в значительной степени история борьбы за снижение их порогового тока, при котором начинается лазерная генерация. Действительно, большие токи — это большие рассеиваемые мощности, соответственно, перегрев и ускоренная деградация полупроводниковой структуры. Малые пороговые токи — это долгоживущие миниатюрные лазерные устройства. И если классические гетероструктуры открыли новые технологические горизонты, то использование низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур дает исследователям, технологам и инженерам практически неограниченную свободу рук. Путем подбора параметров гетероструктуры исследователи теперь в состоянии получать структуры с требуемыми свойствами.
Сложные методики роста, сложные экспериментальные методики - все это требует значительных финансовых затрат. Тем не менее пока уровень российских научных работ в этой области остается достаточно высоким.
В.И. Гавриленко: «Моя группа экспериментаторов занимается терагерцовой спектроскопией. Чтобы успешно работать, нужны, прежде всего, образцы мирового уровня. Для фундаментальных исследований нужны низкие температуры и сильные магнитные поля, а здесь мы недалеко продвинулись после 80-х годов, что соответствует мировому уровню 60-х. Многое приходится делать в зарубежных лабораториях. Сейчас появилась возможность приобретать оборудование. В прошлом году купили криостат с сверхпроводящим магнитным соленоидом на 12 Тл. На следующий год планируется приобрести рефрижератор для ожижения гелия. Будет создана инфраструктура для сбора газообразного гелия, что позволит использовать его несколько раз.
В науке мне интересно находить то, что никто никогда не видел. И что-то новое время от времени получается. Ни с чем не сравнить восторг открытия, который испытал, когда получили стимулированное излучение в германии. Хотелось бы, чтобы наши ученики продвигались дальше нас и не теряли эту способность удивляться и восхищаться».
Высокий творческий потенциал, умелое использование советского технологического задела и широкая международная кооперация позволяют исследователям Института быть на переднем крае науки.
Беседовала М. Горюнова
