Эффект Лосева

Я уверен, не многие из нас задумывались над тем, а с чего началась светодиодная революция.? А стоило бы задаться вопросом : кто положил начало работам в этом направлении?

И эта статья – просто дань уважения нашей с Вами истории. Тем более что основоположником работ в этом направлении был наш соотечественник.

Имя Олега Владимировича Лосева, известно лишь небольшому кругу специалистов. Но его вклад в науку, в развитие радиотехники трудно переоценить.

Будучи учеником пятого класса реального училища дореволюционной Твери, Олег Лосев оборудовал домашнюю лабораторию, где занимался конструированием электротехнических поделок. Уровень занятий электротехникой в таком возрасте не был чрезвычайно высоким, но именно так и начиналась дорожка к великим открытиям, которые оценены в настоящее время. Среди одноклассников Олег Лосев выделялся любовью к экспериментированию, пониманием законов физики, наблюдательностью.

А начало интересу Лосева было положено благодаря лекции «О беспроволочной телеграфии», с которой выступил начальник Тверской радиоприемной станции Б. М. Лещинский.

К четырнадцати годам Олег Лосев сделал окончательный выбор в жизни - радиотехника. Этому способствовала его случайная встреча с крупнейшим радиоспециалистом того времени профессором В. К. Лебединским. И Олег Лосев, увлекшись идеями радио, зачастил на Тверскую радиоприемную станцию международных сношений (так тогда называлась тверская радиостанция).

Во время первой мировой войны радиостанция занимается перехватом радиосообщений противника, и помимо работы в радиостанции под руководством поручика М.А. Бонч-Бруевича, Олег Лосев увлеченно испытывает различные приборы, когереры, изготавливает кристаллические детекторы.

В революционном 1917 году Лосев оканчивает среднюю школу. Он не расстается со своей мечтой стать радиотехником и поступает в Московский институт связи. Лосев проучился в институте связи всего месяц. В 1918 году, под влиянием активной агитации В.К.Лебединского, молодой исследователь попадает в инициативную группу во главе с Бонч-Бруевичем в Нижнем Новгороде, где создается первый в Советской России радиотехнический научно-исследовательский институт - Нижегородская лаборатория. Профессор В.К. Лебединский берет «под крыло» молодого исследователя и Олег Лосев активно включается в исследовательскую деятельность. В то время весь мир увлечен беспроволочной телеграфией.

Ушли в историю стеклянные трубки-когереры с железными опилками, и кристаллический детектор уже не удовлетворял растущие запросы радистов. Развивалось новое направление - электронные лампы. Их было крайне мало. Единственный тип радиоламп Р-5, да и те оставались пределом мечтаний всех одержимых радиотехникой. Поэтому одной из актуальнейших задач того времени было усовершенствование кристаллического детектора.

В то время Олег Лосев занимается проверкой чистоты поверхности и внешним строением кристаллов, в различных режимах изучает вольт-амперные характеристики детекторов и оценивает влияющие на них факторы.

Работа в лаборатории ведется практически круглосуточно: днем проводятся эксперименты, ночью - короткий сон на площадке третьего этажа перед выходом на чердак , где стоит его кровать и пальто вместо одеяла. В начале 20-х годов это были вполне комфортные условия.

Исследование вольт-амперных характеристик детекторов приводит Олега Лосева к пониманию, что некоторые образцы имеют странную кривую с падающим участком. Детектируют они столь же неустойчиво, и Лосеву становится крайне интересен этот эффект. Наверное, это и было знаменитое чутьё исследователя, так как в конце 1921 года, во время короткого отпуска в Твери, Лосев продолжает опыты в своей лаборатории. Он снова берет цинкит и угольный волосок от старой лампы, начинает испытывает детектор. На удивление он слышит в наушниках какую-то далекую станцию с чистыми и громкими сигналами азбуки Морзе. Это абсолютно ни на что не похоже, и Лосев понимает: прием не детекторный!

В общем то это и был первый гетеродинный прием на основе полупроводникового прибора. Полученный сигнал был прообразом транзисторного эффекта. Лосеву удалось выявить короткий падающий участок характеристики, приводящий к самовозбуждению колебательного контура. Таким незатейливым образом и в совершенно простых условиях домашней лаборатории, 13 января 1922 года 19-летним Лосевым было сделано выдающееся открытие. Поймут и теоретически опишут этот эффект много позже, а пока что налицо практический результат: у радистов всего мира есть простой детекторный приемник, работающий не хуже дорогого лампового гетеродина, при том без громоздких батарей питания, без дефицитнейших электронных ламп и сложной наладки.

Самим Лосевым в качестве рабочего кристалла было испробовано множество материалов. Лучшим из них оказался облагороженный цинкит. В качестве контактного волоска служила стальная игла. Описание полупроводникового приемника с генерирующим кристаллом появилось в печати как последнее слово радиотехники. Вскоре Олегом Лосевым был разработан целый ряд радиосхем с кристаллами и написана брошюра для радиолюбителей с подробными характеристиками приемников и рекомендациями по изготовлению кристаллов.

Сразу же после первой публикации открытие Лосева привлекло внимание зарубежных специалистов. Американский журнал «Рэйдио ньюс» писал: «Молодой русский изобретатель О. В. Лосев передал свое изобретение миру, не взяв на него патента!» - это было действительно крайне необычно, особенно по нынешним временам. А один из французских журналов писал несколько тактичнее: «...Лосев обнародовал свое открытие, думая, прежде всего о своих друзьях — радиолюбителях всего мира». Приемник Лосева с названием «Кристадин» принимал слабые сигналы далеких передающих станций, повышал избирательность приема, ослаблял уровень помех.

Среди молодежи страны началась настоящая «кристадинная лихорадка». Цинкит было трудно достать, пробовали, что попадалось под руку, — любой кристалл. Массовые исследования принесли еще одну находку — галенит (искусственный свинцовый блеск), он неплохо работал, и его было много. Позже ученые будут спорить, почему же в 20-е годы не был открыт транзистор? Почему одаренный исследователь, не исчерпав всех возможностей своего открытия, вдруг оставил его? Наверное, ответ на этот вопрос заключается в том, что в 1923 году, экспериментируя с детектирующим контактом на основе пары «карборунд — стальная проволока», Олег Лосев обнаружил на стыке двух разнородных материалов слабое свечение. Ранее 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. Вот так более 90 лет назад было сделано одно из перспективнейших открытий электроники — электролюминесценция полупроводникового перехода.

Трудно судить сейчас было ли это случайным открытием или нет, но так или иначе, молодой талантливый исследователь не прошел мимо необычного явления, не отнес его в разряд случайных помех, а обратил самое пристальное внимание и угадал, что это явление базируется на еще неизвестном экспериментальной физике принципе.

Свечение многократно изучалось на различных материалах, в разных температурных условиях и электрических режимах, рассматривалось под микроскопом. И Лосеву становилось все более очевидным, что он имеет дело с открытием. «Вероятнее, что здесь происходит совершенно своеобразный электронный разряд, не имеющий, как показывает опыт, накаленных электродов», писал он в очередной статье.

Формулировалось несколько версий по поводу физических причин открытого свечения. Одна из них была высказана Лосевым в той же статье: «…Вероятнее всего, кристалл светится от электронной бомбардировки аналогично свечению различных минералов в круксовых трубках». Позже, проверяя это объяснение, Лосев помещает различные кристаллы в катодо-люминесцентную трубку и при облучении их сравнивает спектры и силу излучаемого света с аналогичными характеристиками детекторного свечения. Он обнаруживает значительное сходство, но вопрос о четком понимании физики явления, по словам Лосева, остается открытым.

Все усилия ученый сосредоточивает на глубоком и детальном изучении светящегося карборундового детектора.

В № 5 журнала «ТиТбп» за 1927 год появляется большая статья «Светящийся карборундовый детектор и детектирование с кристаллами», в которой Лосев пишет: «Можно различать два вида свечения... свечение I — зеленовато-голубая, яркая маленькая точка и свечение II, когда ярко флуоресцирует значительная поверхность кристалла». Только через несколько десятилетий выяснится, что в кристаллической решетке карборунда в результате случайного внедрения атомов других элементов создавались активные центры, в которых происходила интенсивная рекомбинация носителей тока, вследствие этого наружу выбрасывались кванты световой энергии.

Эксперименты с различными кристаллами и разными контактными проволоками заставляют Лосева сделать два важнейших вывода: свечение происходит без выделения тепла, то есть является «холодным»; инерция возникновения и потухания свечения чрезвычайно мала, то есть свечение практически безинерционно. Теперь мы знаем что эти характеристики свечения, отмеченные Лосевым в 20-е годы, являются важнейшими для сегодняшних светодиодов, индикаторов, оптронов, излучателей инфракрасного света.

В тот момент времени физическая сущность свечения по-прежнему оставалась неясна, и Лосев настойчиво ищет объяснение физики этого явления. Вскоре он делает одно важное наблюдение, которое приближает его к пониманию сути процесса: «Под микроскопом можно хорошо видеть, что свечение возникает тогда, когда контактная проволочка касается острых ребер или изломов кристалла...», то есть генерация света происходит на кристаллических дефектах. Технические отчеты за 1927 год подтверждают насколько обстоятельно велось исследование светящегося карборундового детектора. Изучалось влияние сильного магнитного поля, ультрафиолетового излучения и рентгеновских лучей, поведение в различных средах , испытывалась ионизация воздуха, окружающего свечение, исследовалась термоэмиссия различных минералов. Лосев сам готовит для экспериментов различные сорта карборунда, монтирует испытательные установки, занимается измерениями, ведет рабочие журналы . Все сам, от идеи до конечных результатов.

Исследования Лосева по электролюминесценции получили признание за рубежом. Его работы перепечатывали иностранные журналы, а открытие получило официальное название — «свечение Лосева». И за границей, и у нас делались попытки его практического использования. Сам Лосев получил патент на устройство «световое реле». Однако слабая разработка теории твердого тела в тот период и почти полное отсутствие полупроводниковой технологии, не позволили при жизни ученого найти фундаментальным работам по электролюминесценции практическое применение. По существу они относились к проблемам будущего, и до них дошла очередь лишь через 30— 40 лет.

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.

Первый серийный полупроводниковый светоизлучающий прибор - фосфидо-галлиевый светодиод красного свечения. Вскоре появился карбидокремниевый диод с излучением желтого цвета. В шестидесятые годы физиками были созданы зеленые и оранжевые светодиоды. Наконец, в начале текущего десятилетия на антимониде был получен синий светодиод. Параллельно шел поиск новых технологических методов, полупроводниковых материалов и прозрачных пластмасс. В итоге интенсивной работы была значительно увеличена яркость свечения приборов, разработаны различные типы сегментных цифробуквенных индикаторов, матричных индикаторов и линейных шкал. В настоящее время становится понятен вклад русского ученого в общемировую науку.

Безусловно О. В. Лосев опередил своих современников. Его исследования были настолько многогранными и имели под собой такой исследовательский потенциал, что продолжение работ в этой области стало неизбежным. Так интуиции и настойчивости О. В. Лосева обязано зарождение нового направления электроники — полупроводниковой оптоэлектроники, которое имеет огромное будущее и напрямую связано с благосостоянием человечества.

Остается лишь добавить, что такими соотечественниками как величайший русский и советский ученый О.В. Лосев можно гордиться.

НАШИ РАБОТЫ

  • Промышленное освещение склада

  • Освещение офисных помещений

  • Освещение улиц и площадей