Техника - молодёжи 2000-12, страница 11

тиморе, штат >иленд.»умя десятилетиями позж^Ггал профессором фармакологии и психиатрии Йельского университета в городе Нью-Хейвене. а с 1983 г. работал в Рокфеллеровском университете в Нью-Йорке.

Научная деятельность Грингарда тесно связана с исследованиями Карлссо-на. Вот уже 40 лет он изучает механизм передачи нервных импульсов, в частности, роль нейромедиаторов в преобразовании электрических сигналов в химические и обратно. Оно происходит в синапсах — зонах функционального контакта между оболочками двух клеток (Для справки: некоторые нейроны головного мозга образуют до 20000 синапсов.)

Достигнув синапса, нервный импульс вызывает выделение нейроме-диатора — например, того же дофамина, серотонина или норадреналина. Эти соединения воздействуют на рецептор соседнего нейрона, раздражая его химически, что, в свою очередь,

ш

Z S

о ь ш а

О

ь >

го

приводит к возникновению в нем электрического сигнала.

Грингард изучил происходящий при этом каскад сложных химических реакций и показал особую роль так называемого фосфорилирования белков, то есть включения в молекулу протеина остатков фосфорной кислоты.

Изучением механизма функционирования и роли синапсов занимается практически всю свою жизнь и третий лауреат — 70-летний Эрик Кэндел. В 1939 г., когда гитлеровские войска оккупировали Австрию, семейство Кэнде-лов — венских евреев — бежало в США. Эрик вырос в Нью-Йорке, в крайней нищете. Однако природный ум и способности позволили ему поступить сначала в Гарвардский университет, где он изучал историю и литературу, а затем в Нью-Йоркский университет, где Кэндел остановил окончательный выбор на медицине.

В конце 50-х он перебрался в Бостон, потом в Париж. В 1965 г. снова вернулся

в Нью-Йорк и с 1974 г. является директором центра нейробиологии при Колумбийском университете.

Ученому удалось выяснить, какие факторы влияют на эффективность синапсов и каковы механизмы кратковременной и долговременной памяти.

Однако поскольку мозг человека насчитывает порядка 100 млрд нервных клеток, Кендел избрал в качестве объекта исследований организм с нервной системой, состоящей всего из 20 тыс. нейронов. Таким животным является моллюск под названием «морской заяц» — аплизия.

По словам ученого, внешне она смахивает на картофелину с ушами, но по сути является довольно сообразительным созданием.

— Мы наблюдали за мозгом животного в процессе обучения, — говорит Кэндел. — И на примере этого в общем-то достаточно примитивного организма нам удалось выявить особенности процессов обучения. Теперь мы знаем, как в мозге откладываются воспоминания

В 90-е гг. Кэндел провел ряд экспериментов на мышах. При этом выяснилось, что механизмы, обнаруженные в мозге улиток, действуют и у млекопитающих. Процессы обучения и запоминания напрямую связаны с деятельностью синапсов. Причем и кратковременная память реализуется с помощью уже упоминавшейся реакции фосфорили- ^

переходами. Но еще давно возникла идея использовать для создания транзисторов гетеропереходы, то есть р-п-переходы, в которых области с различными типами проводимости формируются из разных («гете-ро», а не «гомо») материалов. Теоретически реализация этой идеи сулила возможность создания более эффективных электронных приборов и уменьшения их размеров вплоть до атомных масштабов. (В связи с этим Жорес Иванович шутил, что в природе «гетеро» более естественно, чем «гомо»...)

Идея-то идеей, но не каждую идею легко реализовать. Дело в том, что контакт между различными материалами, с р- и п-типами электронной проводимости, не может быть простым механическим, так называемым омическим контактом: различные полупроводниковые материалы долж

/ 7

ИК-излучение

ны соединяться между собой на атомном уровне, образуя единую кристаллическую решетку. Решить же задачу тесного сращивания разнородных материалов долгое время никому не удавалось, потому что не удавалось подобрать полупроводники с одинаковыми размерами элементарных ячеек кристаллических решеток. Впервые это удалось сделать в Физтехе под руковоством Алферова.

Оказалось, что на роль идеального гетероперехода подходят два полупроводниковых материала — арсе-нид галлия (GaAs) и арсенид алюминия (AlAs). Беда только в том, что арсенид алюминия мгновенно окисляется на воздухе, и о его практическом применении, казалось бы, не могло быть и речи. Однако выяснилось, что арсенид алюминия устойчив в виде так называемого твердого раствора в металлическом галлии. Так было преодолено главное препятствие, лежащее на пути создания работоспособных гетероструктур.

Основным методом, позволяющим получать идеальные гетеропереходы, служит так называемая жидкостная эпитаксия — послойное наращивание кристаллической решетки из раствора-расплава. Суть ее заключается в том, что в кварцевую трубку в токе водорода помещают графитовую кассету с кристаллической подложкой, рядом помещают металл-растворитель (галлий, который плавится при температуре всего 28°С), и в него вводят арсенид галлия и алю

миний (рис.1); в результате на подложке происходит кристаллизация (рис.2), в результате которой и удается получать гетеропереходы толщиной от сотен ангстрем (1 ангстрем — одна стомиллионная доля сантиметра) до десятков микрометров, а на их основе — сложнейшие многослойные гетероструктуры — например, для преобразования инфракрасного (ИК) излучения в видимое (рис.3). За эти работы в 1972 г. Жорес Алферов и его коллеги были удостоены Ленинской премии — высшей награды СССР. А теперь, в 2000-м, когда Алферову 15 марта исполнилось 70 лет, как бы к юбилею ученого, подоспел и «нобель»...

История создания гетеропереходов и гетероструктур, борьба идей и амбиций — отдельная песня. В результате усилий отечественных ученых и технологов, проходивших на протяжении многих лет в напряженной конкурентной борьбе с американцами, были созданы полупроводниковые лазеры (сейчас уже их широко используют в различных оптоэлек-тронных устройствах, — например, в волоконно-оптических линиях связи, устройствах для преобразования инфракрасного излучения в видимое, для считывания информации с компакт-дисков). А также в эффективных преобразователях солнечной энергии, успешно работающих к космосе и, возможно, в ближайшем будущем способных соперничать с другими источниками энергии. ■

Т Е X Н И К А - М О Л ОДЕЖ И 1 2 2 0 0 0

3 Техника-молодежи № 12 НьмН