CC BY
174
Нобелевские лауреаты за достижения в области радиоэлектроники
Ключевые слова: Нобелевская премия, лауреаты, биографии, научные достижения.
Целью статьи является обзор достижений и биографических фактов лауреатов Нобелевской премии за достижения в области радиоэлектроники. Нобелевская премия является одной из самых престижных мировых наград, её присуждают за выдающиеся работы последних лет или за открытия, важность, которых была оценена только недавно. Много ученых, чей вклад в радиотехнику и электронику значителен, были удостоены этой награды. Работы этих ученых значительны и важность этих работ неоспорима. Основными задачами доклада являются: классификация лауреатов по областям; обзор основных фактов биографии, обзор основных достижений, опытов и экспериментов, предшествовавших или послуживших открытиям.
"Я считаю жизнь необычайным даром, драгоценным камнем, полученным нами из рук матери-природы для того, чтобы мы сами шлифовали и полировали его до тех пор, пока его блеск не вознаградит нас за наши труды".
Альфред Нобель
Тертышникова А.В.,
магистр кафедры РОС МТУСИ
Нобелевская премия — одна из самых престижных наград в мире. Она стала тем "блеском" для ученых, наградой за годы трудов, исследований и работы. По традиции премии присуждаются в областях химии, физики, медицины, литературы, экономики и активную деятельность за защиту мира. Премии присуждаются за выдающиеся работы последних лет или за открытия, важность, которых была оценена только недавно. Множество премий по физике были вручены за открытия в радиотехнике и электронике, а также одна премия по химии.
Сложно представить современную связь, да и другие сферы и области без этих открытий. Они принесли человечеству новые устройства и приборы, дали почву для многих исследований и экспериментов другим ученым, усовершенствовали и упростили уже имеющиеся устройства.
Невозможно представить, сколько труда и усилий стоили эти достижения. Сколько неудачных опытов, ошибочных идей предшествовало великим открытиям. Альфред Нобель говорил: "Если у меня есть тысяча идей, и только одна из них оказывается плодотворной, я доволен". Но это были необычные люди. Они обладали неукротимой энергией, с которой они шли к ими же поставленным целям. "Я хорошо знаю, что у меня нет особого таланта — любопытство, навязчивость и упорная выносливость в сочетании с самокритикой привели меня к моим идеям", — говорил Эйнштейн. Любопытство и энтузиазм, упорство, поиск, сомнение — все это помогло лауреатам достичь успехов и всемирного признания. Они осмеливались на то, что другим казалось невозможным и недостижимым, они просто ставили задачи и благодаря труду и упорству, шаг за шагом шли к своей цели. Как говорил Джайвер: "дорога к научному открытию редко бывает прямой и не обязательно требует глубоких познаний и навыков. Я убежден, что неофит часто имеет преимущество перед знатоком именно в силу своего невежества, так как в силу своего невежества даже не представляет всех сложных причин, по которым бессмысленно даже пытаться поставить данный эксперимент".
Вера. Вера в себя, в получение положительного результата, в науку — неотъемлемый компонент успешного проекта. Но не только эта вера помогала многим ученым. Альберт Эйнштейн говорил:
"Каждый, кто серьёзно занимается наукой, убеждается в том, что в законах природы присутствует некий дух, и этот дух выше человека. По этой причине занятия наукой приводят человека к религии". "Наука сама по себе не в состоянии объяснить многие вещи и прежде всего величайшую тайну — тайну нашего бытия", — в свою очередь говорил Маркони.
Много препятствий и испытаний было на пути лауреатов: ограниченность средств, непонимание, патентные споры. Но одним из самых страшных испытаний стала война, многие из лауреатов её прошли, а некоторые даже застали обе мировые войны. Кто-то разрабатывал военные установки и устройства, кто-то пропагандировал мир.
Каким бы огромным не был их вклад в науку, ученые верили в то, что их дело будет продолжено. "Наука не является и никогда не будет являться законченной книгой. Каждый важный успех приносит новые вопросы. Всякое развитие обнаруживает со временем все новые и более глубокие трудности",- говорил Эйнштейн. Их открытия должны стать не только полезными следующим поколениям, но и быть им примером упорства, развития и стремления к познанию. А нобелевская премия ждет своих новых лауреатов!
Всех лауреатов можно классифицировать по областям, к которым относятся их работы. Пионерами в области беспроволочной телеграфии и распространения волн стали Маркони, Браун, Эплтон. Открытия в области вакуумных электронных ламп сделали Ленгмюр и Ричардсон. Пионерами в области полупроводников стали Шокли, Бардин и Браттейн, а развивали и совершенствовали эту область Эсаки, Джайвер, Джозефсон, Алферов, Кремер и Килби. К основанию и развитию оптической связи относятся Таунс, Прохоров, Басов, Као и Эйнштейн. А к развитию телевидения Браун, Эйнштейн, Бойл и Смит [1].
Исследованиями в области беспроволочной телеграфии занимались многие ученые и научные деятели по всему миру, но в 1909г. Нобелевская премия "За вклад в создание беспроволочного телеграфа" досталась Карлу Брауну и Гульельмо Маркони.
Вклад Маркони в область телекоммуникаций огромен. Он был одним из пионеров беспроволочной телеграфии, а также совершенствовал прием и передачу, открывал и исследовал все новые виды радиосвязи (коротковолновую, микроволновую) и применял их для практических нужд. Одним из его проектов была организация радиовещания, в рамках которого он создал дочернюю компанию,
которая впоследствии стала ВВС. Его заслуга состоит в том, что из невидимых электромагнитных волн он сделал то, без чего сложно представить современную жизнь, он укротил их для пользы человечеству.
Карл Браун на своем пути развития беспроводного телеграфа внес вклад как в приемную, так и в передающую часть радиотракта. В приемниках он заменил когерер кристаллическим детектором, что в те времена привело к большому прогрессу в чувствительности приёмника. А в передающей части Браун разделил антенный и колебательный контур, что позволило гораздо легче увеличить энергию передатчика. Браун также занимался проблемой направленности радиопередач. Он был одним из первых, кому удалось построить направленную антенну.
Исследования физики и применения электромагнитных волн продолжил Эдуард Эплтон, который в 1947 г. получил премию " За исследования физики верхней атмосферы, в особенности за открытие так называемого "слоя Эпплтона"". Первыми работами Эдуарда Эплтона были труды по исследованию затухания радиосигналов, исследования по применению вакуумных трубок в радиосвязи. Его идеи нашли отражение в работах Майлса Барнета. Эплтон изобрел радиолокацию с частотной модуляцией, и это открытие дало толчок к изобретению радиолокатора. Он подтвердил наличие ионосферы, а также открыл "слой Эплтона", в котором осуществляется коротковолновая связь [2].
В 1928 г. Оуэн Ричардсон получил Нобелевскую премию. Он внес большой вклад в науку своими работами по термоионным явлениям, а особенно законом, носящим его имя. Его работы по термоионным явлениям легли в основу вакуумных электронных ламп.
А в 1932 г. в данной области его поддержал Ирвинг Ленгмюр "За открытия и исследования в области химии поверхностных явлений". Это был единственный ученый, который получил премию по химии за достижения в области радиоэлектроники. Для телекоммуникаций из всех открытий Ленгмюра большую пользу принес ртутный высоковакуумный насос, необходимый для изготовления радиоламп. А также исследования нити накала.
Пожалуй, не менее значительными и революционными стали для науки открытия следующей группы лауреатов, которые создали и развивали область полупроводников приборов и структур.
В 1956 г. Шокли, Бардин и Браттейн получили премию "За исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта". Уильям Шокли доказал существование дырок, а также создал ряд формул и законов: теорема Шокли-Рано, ВАХ идеального диода, теория Шокли-Рида-Холла (механизм рекомбинации, формула оценки времени жизни носителей), изобрел диод Шокли. Ну и, конечно же, изобретение полевого транзистора вместе с Бардиным и Брат-тейном стало революционным в области усилительных приборов. Браттейн занимался поверхностными эффектами в полупроводниках, таких как кремний и германий и внёс существенный вклад в их понимание. Совместно с Джоном Бардиным (единственным человеком, получившим премию дважды) разработал транзистор на точечном р-п переходе [2].
Продолжением развития области электроники стала премия 1973г. " За экспериментальные открытия, связанные с туннелированием в полупроводниках и сверхпроводниках". Лео Эсаки и Айвар Джайвер открыли явления туннелирования в полупроводниках и сверхпроводниках. На использовании эффекта туннелирования был изобретен "диод Эсаки". Джозефсон оказал существенное влияние на современную физику, он создал принципиально новый квантовый стандарт напряжения. На основе эффекта Джозефсона были изобретены чувствительные детекторы изменения магнитного поля и электрического напряжения. Устройства, основанные на ис-
пользовании эффектов Джозефсона, находят применение при создании быстродействующих логических цепей с низким расходом энергии в компьютерах. Пионерские работы Эсаки заложили основу и послужили непосредственным стимулом для открытия Джайве-ра, а работы Джайвера в свою очередь стали стимулом, который привел к теоретическим предсказаниям Джозефсона...
Получившие премию в 2000 г. Алферов и Кремер " За разработку полупроводниковых гетероструктур, использующихся в высо-коскоскоростной электронике и оптоэлектронике", в свою очередь внесли вклад не только в исследования полупроводников, но и в развитие оптической связи.
Жорес Алферов был одним из изобретателей полупроводниковых лазеров, которые нашли широкое применение в качестве источников излучения в волоконно-оптических линиях связи повышенной дальности. Его исследованиями фактически сформировано новое направление — физика гетероструктур, электроника и оптоэлектроника. Открытие идеальных гетеропереходов и новых физических явлений — "суперинжекции", электронного и оптического ограничения в гетероструктурах — позволило также кардинально улучшить параметры большинства известных полупроводниковых приборов и создать принципиально новые. Одним из основных направлений его работ становится получение и исследование свойств наноструктур пониженной размерности [5,6].
В свою очередь основные исследования Кремера также касались гетероструктур. Это были работы об основах биполярных транзисторов на основе гетероструктур и полупроводниковые лазеры.
Также в 2000г. премию получил Килби " За вклад в разработку интегральных схем". Джек Килби — пионер компьютерной техники, изобретатель интегральных схем. Он также изобрел карманный калькулятор и термопринтер. До самой смерти он занимался изучением цифровой обработки сигналов [7].
Альберт Эйнштейн был во всех смыслах выдающимся ученным. Но в области телекоммуникаций он сделал два открытия: теория фотоэффекта и понятие индуцированного излучения (процесс который лежит в основе действия современных лазеров). В 1921 г. ему присудили премию "За заслуги перед теоретической физикой и особенно за открытие закона фотоэлектрического эффекта". Открытия Эйнштейна в своих работах использовали Луи де Бройль, Басов, Прохоров, Таунс.
Заложенные еще Эйнштейном идеи об индуцированном применении, нашли свое продолжение и были оценены Нобелевской премией в 1964 г. "За фундаментальные работы в области квантовой электроники, которые привели к созданию излучателей и усилителей на лазерно-мазерном принципе". Басов вместе с Прохоровым создал свой первый мазер на пучке аммиака. Предложил трехуровневую систему создания инверсной населенности уровней, нашедшую широкое применение в мазерах и лазерах. Создал первый ин-жекционный лазер (совместно с Поповым и Вулом). Басов выдвинул новые идеи применения лазеров в оптоэлектронике (такие как создание оптических логических элементов).
Прохоров в своих первых работах исследовал распространение радиоволн, занимался вопросом стабилизации частоты, предложил новый режим генерации миллиметровых волн в синхротроне. Его многочисленные работы по квантовой электронике нашли свое применение в системах дальней космической связи и волоконно-оптических линиях.
Основные труды Таунса были посвящены радиоспектроскопии, радиоастрономии. Таунс обнаружил вынужденное рассеяние Ман-дельштама-Брилюэна, ввел представление о критической мощности пучка и явлении самофокусировки, которое можно использовать в волноводной технике. Открыл мазерный эффект в космосе.
Но а вершиной развития оптических линий связи, которые были оценены комитетом совсем недавно, стали труды Чарльза Као, который получил премию в 2009 г. "За новаторские достижения в области передачи света в оптических волокнах". Изложенные Као идеи по использованию волокна для потребностей связи являются основой телекоммуникаций сегодняшнего дня, он первым предложил использовать оптоволокно для передачи информации на большие расстояния. В его оптоэлектронном проекте "Терабит" была достигнута скорость несколько терабит в секунду, что способствовало рождению интернета [8].
Карл Браун (лауреат 1909 г.) внес вклад не только в беспроволочную телеграфию — им были изобретены: передатчик с безискро-вым антенным контуром, кристаллический детектор (предшественник транзистора), но и в телевидение, ведь трубка Брауна основана на принципе, по которому работает кинескоп. Его открытия породили ряд работ других ученых: В.КЛебединский, ААПетровский — вносили усовершенствования в трубку Брауна, а также И.Ценнек и Л.И.Мандельштам, и, конечно же, БЛ.Розинг [3].
Также хотелось бы отметить заслугу Альберта Эйнштейна в области телевидения, который открыл закон фотоэффекта. И, как уже говорилось ранее, получил Нобелевскую премию в 1921г.
Но, наверное, самым значительным открытием для современного телевидения, да и в принципе для современной передачи изображений, стали работы ученых, чей вклад в науку был оценен совсем недавно. В 2009 г. Нобелевской премией были удостоены Бойл и Смит "За изобретение полупроводниковой схемы изображения — ПЗС-матрицы".
Бойл и Смит стали изобретателями ПЗС устройства, которое изначально работало как устройство памяти. Но благодаря фотоэффекту, могут создаваться изображения с помощью электронов.
ПЗС матрицы стали внедряться в телевидение. Под руководством Кадзуо Ивама Sony смогла наладить массовое производство ПЗС в своих видеокамерах.
Таким образом, нобелевские лауреаты оставили в своем наследии радио и интернет, современные компьютеры и цифровые изображения, телевидение во всем своем развитии, но также невидимые обывателю транзисторы, космическую связь и лазеры. В своих открытиях они опережали свое время, делая бесценный подарок будущим поколениям.
Литература
1. Бьковский МА. Развитие телекоммуникаций. На пути к информационному обществу. (История развития электроники в 20 столетии), 2012.
2. Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия / Пер. с англ. — М.: Прогресс, 1992.
3. Климин А.И., Урвалов В.А Фердинанд Браун — лауреат нобелевской премии в области физики // "Электросвязь", 2000. — №8.
4. http://nasb.gov.by/rus/publications/speklr/ips64_6a.php.
5. Алферов Ж.И., Андреев А.Ф, Боярчук А.А., Бункин Ф.В., Дианов ЕМ, Карлов Н.В, Конов ВИ, Месяц ГА, Осико В.В., Пашинин П.П., Фортов В.Е., Щербаков ИА. Памяти Александра Михайловича Прохорова // УФН, 2002. — Т. 172. — № 7.
6. http://n-t.ru/nl/fz/allerov.htm.
7. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000.
8. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009.
9. http://ru.wikipedia.org/wiki•/%D0%9A%D1%80%D1%91%D0%BC% D0%B5%D1%80,_%D0%93%D0%B5%D1%80%D0%B1%D0%B5%D1%8 0%01%82.
10. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BE,_%D0% A7%D0%B0%D1%80%D0%BB%D1%8C%D0%B7.
Nobel Prize winners for achievements in the field of radiotronics Tertyshnikova A.V., MTUCI, Russia
Abstract
The purpose of this report is the review of achievements and the biographic facts of Nobel prize winners for achievements in the field of radiotronics. The Nobel Prize is one of the world's most prestigious awaids, it is awarded for outstanding work in recent years, or for discovery, the importance of which has been evaluated recently. Many scholars, whose contributions to the radio equipment and electronics are significant, were honored with this award. The works of these scholars are significant and the importance of this work is undeniable. The main objectives of the report are: classification of winners by areas; the review of the basic facts of the biography, the review of the main achievements, experiences and the experiments preceding or served opening.
Keywords Nobel Prize, winners, biographies, scientific achievements.
References
1. Bykhovskiy MA Development of telecommunications. On the way to the information society. (History of the development of electronics in the 20th century), in 2012.
2. Nobel Laureates: Encyclopedia. Moscow: Progress Publishers, 1992.
3. Klimin A.I., Urvalov VA Ferdinand Braun — Nobel Prize in Physics / Telecommunications, 2000. No8.
4. http://nasb.gov.by/rus/publications/spektr/jps64_6a.php.
5. Alferov J.I., Andreev AF, Boyarchuk AA, Bunkin FV, Dianov, N.V., Karlov N.V, Konov VI., Mesyats G.A, Osiko VV, Pashinin P.P., Fortov VE, Shcherbakov I A. Memory Aleksandr Mikhailovich Prokhorov / UFN, 2002. Vol. 172. No7 6. http://n-t.ru/nl/fz/alferov.htm.
7. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2000.
8. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2009.
9. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1%80%D1%91%D0%BC% D0%B5%D1%80,_%D0%93%D0%B5%D1%80% D0%B1%D0%B5% D1%80%D1%82.
10. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D0%B0%D0%BE,_%D0% A7%D0%B0%D1%80%D0%BB%D1%8C%D0%B7.
