Kūrė puslaidininkių fizikos mokslo pamatus (2)

Pradžia Nr. 2

Puslaidininkių fizikos institutas savo 40-metį paminėjo vos prasidėjus Naujiesiems metams. Buvo prisiminti svarbiausi per tą laikotarpį padaryti darbai ir jų autoriai, kurių dauguma ir dabar sudaro instituto darbuotojų branduolį.

Jeigu atsiversime praėjusio amžiaus aštuntojo dešimtmečio Lietuvos spaudą, tai pamatysime, kad puslaidininkių fizika buvo supama kone nuolatinio dėmesio. Kam ne kam, o fizikams valstybė dėmesio nešykštėjo, ką rodo ir instituto mokslininkams dosniai skiriamos premijos – sąjunginės ir respublikinės. Ir buvo už ką. Instituto fizikai buvo užgriebę labai platų tyrimo darbų lauką, kartu augo ir ištisa talentingų mokslininkų karta.

Dabar tiek spaudos, tiek visuomenės dėmesys fizikų darbams atslūgo – kita santvarka, kiti interesai, kitos vertybės. Tie patys fizikai, kurie buvo pavyzdys mokslinio pažinimo kelyje, dabar be savo tiesioginių darbų laboratorijose neretai priversti rūpintis mokslo ir studijų reforma, projektų kurpimu (nelaimėsi konkurso – negausi finansavimo), net politikavimu. Kartais susidaro įspūdis, kad fizikai iš savo srities gilių profesionalų slenka į jiems visiškai svetimas sritis, kur jie geriausiu atveju gali pretenduoti tik į mėgėjų statusą. Todėl praeities darbus verta prisiminti. Mokslo istorijos pavyzdžiai ir pamokos, nors mūsų krašte dar nelabai vertinamos, turi daug gilesnės prasmės negu vien tik buvusių darbų priminimas jubiliejaus proga.

Difuzija, fliuktuacijos, dreifas

Karštųjų elektronų tyrimas – tai netiesinių reiškinių sritis, kuri puslaidininkių elektronikos vystymui buvo labai svarbi. Faktiškai tai buvo pagrindinių fizikos reiškinių – difuzijos, dreifo, fliuktuacijų – tyrinėjimas, nes be šių reiškinių gilaus teorinio supratimo ir eksperimentų nebuvo įmanoma kurti naujų fizikinių prietaisų. Kokius įtaisus ar prietaisus nagrinėtume – tranzistorius ar saulės baterijas – visa tai siejosi su pačios puslaidininkių fizikos kūrimo pamatais.

Pasak Puslaidininkių fizikos instituto kūrėjo ir ilgamečio direktoriaus prof. Juro Poželos, difuzija, fliuktuacijos ir dreifas faktiškai ir dabar išlieka Puslaidininkių instituto darbų viena iš svarbiausių krypčių. Instituto tyrėjai susidūrė su daugeliu ligi tol nežinomų reiškinių. Štai kad ir absoliučiai neigiamas varžos fenomenas, nustebinęs fizikus. Kaip nenustebsi, jeigu tam tikromis aplinkybėmis srovė pradeda tekėti prieš pridėtą įtampą. Elektronai juda visai ne į tą pusę, kur jiems lyg ir priklausytų judėti. Labai įdomus reiškinys, pasak J. Poželos, beveik filosofinė problema. Kadangi tai buvo vienas pirmųjų tos krypties darbų, tai ligi šiol pasaulio fizikų cituojamas. Absoliučiai neigiamos varžos reiškinį galima sutikti taip pat biologinėse ir kitose sistemose.

Griūtiniai dreifo diodai

Karštųjų elektronų generacija ir rekombinacija vėliau tapo naujos klasės puslaidininkinių prietaisų – griūtinių dreifo diodų kūrimo pagrindu (1978 m. J. Požela už šiuos darbus apdovanotas Lenino premija), o rekombinacijos reiškiniai tapo pradine užuomazga institute pradėtiems chaoso tyrimams. Buvo tiriama puslaidininkių savybės stipriuose elektriniuose laukuose, karštųjų elektronų difuzija ir fliuktuacijos, tarpslėniniai reiškiniai, karštieji elektronai kvantinėse duobėse, mažųjų darinių fizika ir sparčiosios elektronikos pagrindai (Arvydo Matulionio darbai). Daugiaslėnių reiškinių kryptyje gerai padirbėjo Vincentas Dienys.

Pernešimo reiškinių puslaidininkiuose tyrimui institute bene pirmą kartą buvo pritaikytas Monte Karlo metodas. Už šiuos darbus, karštųjų elektronų ir aukštojo dažnio nestabilumų tyrimus daugiaslėniuose puslaidininkiuose, Antanas Reklaitis tapo 1985 m. Lietuvos TSR valstybinės, o 1987 m. Lietuvos TSR Ministrų Tarybos premijos laureatu. Fliuktuacijų eksperimentinio tyrinėjimo svarių darbų padarė Vytautas Bareikis, kuriam sausio 5 d. būtų sukakę 70 metų ir kurio sukaktį instituto darbuotojai gražiai paminėjo. Fliuktuacijų, taip pat nepusiausvirųjų vyksmų, puslaidininkių kinetikos stipriuose elektriniuose laukuose teoriniuose tyrinėjimuose solidžiai pasireiškė Ramūnas Katilius. Lietuvoje atliekamų fliuktuacijų ir elektroninių triukšmų teorinių bei eksperimentinių tyrimų rezultatai neabejotinai yra tarptautinės reikšmės, šie tyrimai yra aktualūs ir perspektyvūs. Ir dabar ši netiesinių reiškinių puslaidininkiuose kryptis toliau sėkmingai plėtojama. J. Poželos teigimu, Puslaidininkių fizikos institutas išlieka šios krypties lyderis net ir pasauliniu mastu.

Plazmos reiškinių tyrimai

Solidūs darbai institute atlikti plazmos tyrimų kryptyje, kur reikšmingų laimėjimų pasiekė Iljos Levito vadovaujamos grupės darbuotojai. Šios krypties apie 100 išradimų šį bei tą apie tuos tyrimus pasako. Tai ir praktinę vertę turėję darbai. I. Levitas ir J. Požela 1988 m. tapo TSRS valstybinės premijos laureatais už magnetinio daviklio kūrimo darbus. Gal nedaug kas žino, kad ir kitų daviklių – optronų, turinčių konstruktyviai susietus spinduliavimo šaltinį ir imtuvą – buvo gaminama dešimtimis tūkstančių ir naudota įvairiausiose organizacijose.

Nieko nuostabaus, kad daugeliui žmonių puslaidininkių fizikos sąvoka siejosi pirmiausia su įvairiais davikliais, gal net pusiau jautriais šviesai, elektrai, temperatūrai… Iš tikrųjų yra visai ne taip. Puslaidininkių fizika pagal J. Poželą, – tai kondensuotos būsenos, o instituto mokslininkai kūrė ir gamino ne tik daviklius, bet ir aktyviai dalyvavo kuriant įvairius naujus procesus. Štai kad ir helikoninė spektroskopija. Panaudojant helikonines bangas įsiskverbiama į laidų kūną ir matuojami įvairūs medžiagos parametrai: krūvininkų masė, koncentracija, judrumas ir kt. Šioje tyrimų kryptyje puikiai pasireiškė prof. Albertas Laurinavičius, Rimas Tolutis, Povilas Malakauskas. Vilniečių sukurtas prietaisas Helikonas ir dabar naudojamas kai kuriose Maskvos institucijose (Moksliniame-gamybiniame susivienijime ORION, Giredmet’e – Valstybiniame retųjų metalų institute).

J. Požela pabrėžia, kad Lietuvos fizikai, kaip ir viso pasaulio šio mokslo atstovai dirbo mokslui ir puslaidininkių fizikos labui, o kad šiuos jų darbus kariškiai stengėsi pritaikyti savo reikmėms (kad ir naktinio matymo reikalams), tai nuo pačių fizikų ne visada ir priklausė.

Terahercinių reiškinių diapazonas

Ir dar viena svarbi tyrinėjimo sritis – terahercinio diapazono (1011 – 1012, net 1013 Hz) reiškiniai. Dabar išsirutuliojo ir atskira kryptis biologijoje – terahercinio diapazono dažnių naudojimas. Kuo ši kryptis perspektyvi? Tiriami rezonansiniai, molekuliniai, membraniniai rezonansai gyvame organizme arba biologiniame objekte. Kadangi mūsų fizikai neturėjo prietaiso, kuris generuotų tokio dažnio impulsus arba būtų tos dažnių srities detektorius, tai vilniečiai savo pastangas nukreipė į kelias tyrimų kryptis. Viena jų – susieta su lazerių panaudojimu. Buvo sukurtas lazeris (E. Starikovo ir P. Šiktorovo grupė), už kurį net gauta TSRS valstybinė premija. Lazeriniai tyrimų metodai pasiteisino ten, kur sunku ar net neįmanoma buvo taikyti kitus labiau įprastus metodus. Tie tyrimai padėjo suprasti daug naujų reiškinių ir procesų, kurie vyksta elektriniuose ir magnetiniuose laukuose.

Krūvio nešėjų generacijos ir plazminių reiškinių stipriuose laukuose tyrimuose gerų rezultatų pavyko gauti Arūnui Krotkui. Plazmos tyrimų kryptyje instituto fizikai (R. Tolutis, A. Laurinavičius, A. Krotkus) pasiekė išties reikšmingų laimėjimų, o karštųjų elektronų tyrimai padėjo kuriant įvairiausius įtaisus ir prietaisus. Kai kuriuos vilniečių ištirtus reiškinius panaudojo ir kitų respublikų prietaisų gamintojai, tad Lietuvos fizikų geras vardas plito ir kitose sąjunginėse respublikose. Mūsų fizikai naujoms technologijoms klojo tvirtus mokslinius pagrindus. Daugelyje krypčių Puslaidininkių fizikos instituto mokslininkai buvo pripažįstami kaip autoritetingiausi tyrėjai, tą pripažinimą išsaugojo ir sutvirtino savo darbais ir Nepriklausomybės metais.