Техника - молодёжи 1975-02, страница 12

Научно-Техничесное Творчество Молодежи

РЕПОРТАЖ ИЗ ГЛУБИН ВЕЩЕСТВА

АНАТОЛИЙ ШИБАНОВ, кандидат физико-математических наук, наш глец. корр.

ДЕСЯТКИ ДИСКУССИЙ НЕ РЕШИЛИ ВОПРОСА О ТОМ, В КАКОМ ВОЗРАСТЕ УЧЕНОМУ СВОЙСТВЕННА НАИБОЛЬШАЯ ТВОРЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ. НЕОСПОРИМО ЛИШЬ ОДНО: НАУКА ТРЕБУЕТ ПОСТОЯННОГО ТРУДА, ПРЕДАННОСТИ ДЕЛУ И НЕУГАСИМОГО ЖЕЛАНИЯ ПОЗНАВАТЬ НОВОЕ. ВСЕ ЭТО ОРГАНИЧНО ПРИСУЩЕ ЮНОСТИ. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ТВОРЧЕСТВО МОЛОДЕЖИ ДАЕТ ТОМУ НЕМАЛО ПРИМЕРОВ. МЫ РАССКАЗЫВАЕМ О РАБОТЕ ДВУХ КОЛЛЕКТИВОВ МОЛОДЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ ИЗ МОСКОВСКОГО ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКО -ГО ИНСТИТУТА. ОБЪЕДИНЯЕТ ЭТИ РАБОТЫ НЕ ТОЛЬКО ПРИМЕНЕНИЕ ОРИГИНАЛЬНЫХ НАУЧНЫХ МЕТОДОВ, НЕИМОВЕРНАЯ СЛОЖНОСТЬ ЭКСПЕРИМЕНТА. ОБА ИССЛЕДОВАНИЯ В РАВНОЙ МЕРЕ МОЖНО НАЗВАТЬ РЕПОРТАЖЕМ ИЗ ГЛУБИН ВЕЩЕСТВА, В КОТОРОМ РОЛЬ ДОТОШНЫХ КОММЕНТАТОРОВ С УСПЕХОМ ИСПОЛНЯЮТ ЭЛЕКТРОНЫ И ПОЗИТРОНЫ.

Хотя способов проникновения в недра вещества разработано довольно много, все они используют в качестве своеобразного «зонда» либо электромагнитные волны, либо частицы. Чаще всего электроны, широко применяющиеся в самых разнообразных научных методах — от электронной микроскопии до электронного парамагнитного резонанса. Недавно была открыта еще одна возможность использовать электроны в исследованиях полупроводников.

Если бы мы заглянули в глубь какого-нибудь металла с помощью воображаемого сверхсильного микроскопа, то увидели бы множество свободных электронов, беспорядочно блуждающих между неподвижными ионами — узлами кристаллической решетки. Стоит только приложить к такому кристаллу электро

ды, скажем, от батарейки карманного фонарика, как электроны, гонимые электрическим полем, дружной толпой устремятся в одном направлении, образуя электрический ток. В полупроводниковых кристаллах нет свободных электронов. Они образуются благодаря тепловым колебаниям атомов или в результате воздействия на вещество света. При этом некоторые «связанные» электроны, принадлежащие атомам или ионам кристаллической решетки, отрываются от своих владельцев и переходят в разряд свободных. Так обеспечивается электрическая проводимость полупроводников.

Именно потому, что свободные электроны в полупроводниках образуются «насильственным» путем, а не обусловлены самой природой кристалла, они обладают одной отличительной особенностью, во всяком случае в момент своего появления. Оторвать электрон от атома можно, только сообщив ему дополнительную энергию. Обретая свободу, электрон, как правило, получает в качестве приложения некоторый излишек энергии. Правда, удержать

этот излишек сколько-нибудь длительное время ему не под силу. Неисчислимое количество столкновений испытывает он с окружающими е|"0 атомами — до 10¹³ ударов ежесекундно. При каждом ударе электрон обменивается энергией с атомом. Неудивительно, что за ничтожно малое мгновение электрон энергетически уравнивается с атомами кристалла. Достаточно тысячи столкновений, чтобы он полностью растерял избыток энергии, в 25 раз превышающий энергию обычного теплового движения атомов. Подобно тому как брошенный в воду раскаленный камень, охлаждаясь, приходит в тепловое равновесие с водой, так «горячий» электрон за миллиардные доли секунды оказывается в тепловом равновесии с кристаллической решеткой.

В подавляющем числе случаев

исследователи полупроводников

сталкиваются именно с такими равновесными, «тепловыми» электронами. Между тем много интересного мог бы поведать ученым «горячий» электрон, не успевший еще растерять свою энергию. Ведь он не ординарная личность в толпе ничем не примечательных равновесных электронов. Естественно ожидать от него необычной и уникальной научной информации. Но провести опыт со столь недолговечным объектом — все равно что поймать само мгновение. И все же молодые'физики Александр Александров, Евгений Протасов и Анатолий Родионов взялись за решение этой нелегкой задачи, Идея их опыта столь же проста, сколь и остроумна.

Если вместо камня в воду брошен раскаленный кусок соли, который растворяется гораздо быстрее, чем отдает тепло, то через некоторое время он прекратит свое существование, так и не успев остыть. Точно так же и некоторые электроны, не успев до конца «разменять» свою избыточную энергию, снова становятся принадлежностью како

равновесные электроны / неравновесные J электроны

последний электронный " уровень"| — в атоме j I I I I

I wi

< bpqqp

I I

I

I I

I заполненная зона

I г

I

|т==-273*С |Т>-273°С

расстояние между атомами

энергия электронов

10