Источник: Наука в Сибири

24 апреля Институт физики полупроводников им. А. В. Ржанова СО РАН празднует 60-й день рождения. Исследовательский центр с мировой известностью носит имя своего создателя ― талантливого ученого, человека из поколения победителей, что, пожалуй, определило и характер самого института. 

Административный корпус  ИФП СО РАН, фото Василия Варавина

Академик Анатолий Васильевич Ржанов сразу сформулировал ключевые направления работы, и нынешняя ситуация в полупроводниковой науке показывает, что он был визионером того времени — умел предвидеть тренды на много десятилетий вперед. Молодому ИФП СО АН, во-первых, предстояла работа с поверхностями и границами раздела полупроводников, во-вторых, создание и исследование тонких пленок и, в-третьих, разработка полупроводниковых приборов — по сути, элементной базы электроники.

В основе современной цифровой техники лежат полупроводниковые структуры — по большей части, это тонкие пленки или их многослойные композиции. А эффекты, которые позволяют нам пользоваться электроникой разного назначения, возникают на границах раздела.

«Анатолию Васильевичу на момент создания института было всего 42 года — молодой руководитель, но он был человеком фронтовой закалки, разведчиком, выходившим в рейды в тыл врага. Безусловно, приобретенные там качества — способность моментально принимать решения, быть наблюдательным, работать аккуратно и точно, глубоко разбираясь в ситуации, он использовал и как организатор науки, при создании и управлении институтом», — говорит директор ИФП СО РАН академик Александр Васильевич Латышев.

Он отмечает, что сформированные А. В. Ржановым научные направления и векторы развития сохраняются и сегодня: «Мы работаем с низкоразмерными системами — они задают тренды в фундаментальной науке и в прикладных разработках. Низкоразмерные или наносистемы (к ним как раз и относятся тонкие пленки) — те, где значимыми становятся квантовые свойства электронов. В институте совершенствуется технология молекулярно-лучевой эпитаксии: работы наших сотрудников находятся на мировом уровне, а зачастую определяют его. Технология позволяет получать полупроводниковые слои атомарной толщины и их комбинации заданного состава: в тонких полупроводниковых пленках исследуются квантовые эффекты — становится возможным появление элементной базы, работающей на новых физических принципах». 

Академик Александр Владимирович Чаплик, главный научный сотрудник лаборатории теоретической физики ИФП СО РАН, считает переход к работе с тонкими пленками одним из главных событий в научной жизни института: «Тонкопленочная тематика — магистральное направление, с ним связано не только появление в ИФП СО РАН исследований в области двумерных и одномерных систем: квантовых ям, квантовых проволок, квантовых точек, но и разработка собственного оборудования для молекулярно-лучевой эпитаксии ― научного и промышленного. Появилось мощное диагностическое направление: исследования качества поверхности, потом и тонких пленок. Яркие представители этой школы — академики Александр Леонидович Асеев и Александр Васильевич Латышев».

Сегодня ИФП СО РАН проводит диагностику оборудования и нанообъектов не только для собственных целей, институт аккредитован и может осуществлять поверки оборудования (например, атомно-силовых микроскопов). Здесь разработаны методы калибровки, эталонные меры в диапазоне от сотых долей нанометра до десятков нанометров, которыми пользуются промышленные предприятия России.

На границе теоретического предела

Недавние достижения специалистов института находятся на границе возможного: сделаны излучатели и приемники светового излучения, достигшие теоретического предела оптоэлектроники.

«Излучатель одиночных фотонов — “лампочка”, которая испускает лишь один фотон — квант света. Не может быть порции излучения меньше. Чтобы добиться такой миниатюризации, потребовалось вырастить более тысячи слоев методом молекулярно-лучевой эпитаксии, сформировать из них квантовую точку, эффективно ее накачать, в нашем случае, с помощью электрического тока и собрать излучение. Задача была решена командой под руководством доктора физико-математических наук Владимира Анатольевича Гайслера», — поясняет Александр Латышев.

Однофотонный излучатель нужен для построения защищенных от взлома систем квантовой связи, но для их функционирования требуется и приемник излучения. Опять же — на границе теоретического предела нанофотоники, способный уловить один единственный фотон. «Такой детектор был разработан группой специалистов ИФП СО РАН во главе с заведующим лабораторией Валерием Владимировичем Преображенским — это лавинный фотодиод с гейгеровским умножением. Одиночный фотон инициирует поток электронов, который умножается внутри детектора (возникает так называемая лавина), и на выходе мы можем зарегистрировать сигнал. Важно, что наш детектор не требует громоздких криогенных машин, а охлаждается миниатюрным элементом Пельтье», — добавляет директор ИФП СО РАН.

Академик Ржанов утверждал, что одних удач, без ошибок и простого невезения, не бывает, но от удачного начала зависит очень многое. Он говорил о людях, но через 60 лет его слова можно отнести и к судьбе института. Удачное начало было положено: вместе с Анатолием Ржановым ИФП создавала команда молодых одаренных ученых. Среди них был и его заместитель, старейший сотрудник ИФП СО РАН член-корреспондент РАН Игорь Георгиевич Неизвестный, — он в буквальном смысле растил научный центр с первого дня. 

В действительности постановление правительства об организации института вышло в августе 1962 года, тогда он назывался «Институт физики твердого тела и полупроводниковой электроники СО АН СССР», а через два года произошло объединение с Институтом радиофизики и электроники СО АН СССР, и появилось современное название.

«Институт с самого старта был нацелен на физику полупроводников, полупроводниковую электронику, он успешно продолжает этот путь, прибавляя новые направления: оптическую связь, лазерную тематику, работу с нетрадиционными полупроводниковыми материалами. Публикации специалистов института выходят в высокорейтинговых международных научных журналах, наши ученые выигрывают конкурсы на внебюджетное финансирование, соперничая с сильнейшими исследователями страны.  К нам приходит много талантливой молодежи, ИФП СО РАН — базовый институт для кафедры физики полупроводников физического факультета Новосибирского государственного университета, здесь действует филиал кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники факультета радиотехники и электроники Новосибирского государственного технического университета. Опытные и неравнодушные сотрудники, авторитетные научные школы позволяют студентам выбрать направление по вкусу и реализоваться», — рассказывает Игорь Георгиевич.

 Работа в чистых помещениях ИФП СО РАН, фото Тимофея Перевалова

Молодые лидеры и партнерство с промышленностью

Александр Латышев добавляет, что за последние десять лет многие лаборатории возглавили молодые лидеры, им удается сочетать использование накопленного в институте опыта с движением вперед. Они выходят на следующий виток спирали, если проводить параллели с академиком Ржановым и его командой. 

«В числе руководителей и те, кто возглавил недавно созданные молодежные лаборатории: доктор физико-математических наук Александр Германович Милёхин, кандидаты физико-математических наук Владимир Александрович Селезнев, Денис Сергеевич Милахин, Максим Сергеевич Аксенов, Вячеслав Алексеевич Тимофеев. Другие приняли эстафету лидерства ранее, от более старшего поколения: доктора физико-математических наук Максим Витальевич Якушев, Олег Евгеньевич Терещенко, Ольга Викторовна Наумова, Вадим Михайлович Ковалев; кандидаты физико-математических наук Валерий Владимирович Преображенский, Георгий Юрьевич Сидоров, Дмитрий Владимирович Щеглов», — продолжает А. Латышев.

Часть молодежных лабораторий работает в интересах промышленности, в партнерстве с ней. 

«Сейчас формируется портфель заказов от индустрии к научной отрасли — в этой парадигме создаются лаборатории, выделяется поддержка от Российского научного фонда. Мы работаем по всем перечисленным направлениям, сохраняя и наращивая традиционные для нас. Институт поставляет на предприятия полупроводниковые подложки: многослойные гетероструктуры арсенида галлия для СВЧ-электроники, подложки кремния на изоляторе для радиационно стойкой и экстремальной электроники, подложки для фотоприемных устройств инфракрасной техники», — поясняет Александр Латышев. 

Успех организации определяется многими факторами: ИФП СО РАН обладает опытом руководства крупными и очень крупными научными и промышленно-ориентированными проектами, аккумулирует сложное научное и технологическое оборудование, включает штат высококвалифицированных специалистов с многолетним опытом обслуживания приборной базы, готовит кадры высшей квалификации.

«Недавно завершенный крупный научный проект “Квантовые структуры для посткремниевой электроники” позволил нам за четыре года получить большое количество данных для создания электроники, работающей на новых физических принципах. Объединив усилия и ресурсы трех НИИ и двух крупных вузов, мы продвинулись в развитии технологий, дизайна метаматериалов, работы с двумерными материалами, квантовыми системами, в создании спинтронных устройств. Разработка детектора спина электронов упомянута среди лучших результатов РАН в 2022 году. А в числе исполнителей проекта более половины ― молодые ученые», — отмечает академик Латышев, под чьим руководством выполнялся проект.

Квантовые вычисления и двумерные материалы — горячие точки физики твердого тела, поясняет А. В. Чаплик: «Другие трендовые темы, развивающиеся в нашем институте — исследование материалов с дираковским спектром: графена и подобных, где поведение частиц имитирует релятивистские эффекты, хотя скорости частиц гораздо меньше скорости света; работы в области квантового эффекта Холла и его разных вариантов, исследования самоорганизующихся нанообъектов; микро- и нанофотоника».

Люди, формировавшие облик и характер Института физики полупроводников в разные годы, смогли сохранить и расширить его потенциал. Сегодня научный центр отличается высоким уровнем специалистов, тесными связями между учеными, представителями индустрии и государственными органами, амбициозными молодыми лидерами. Благодаря такой синергии ИФП СО РАН решает самые сложные задачи, обусловленные вызовами современного мира.

Надежда Дмитриева, пресс-секретарь ИФП СО РАН
Фото предоставлено ИФП СО РАН