О. В. Лосев – изобретатель кристадина и светодиода
К 100-летию со дня рождения
Ю. Р. Носов
Олег Владимирович Лосев обессмертил свое имя двумя открытиями: он первый в мире показал, что полупроводниковый кристалл может усиливать и генерировать высокочастотные радиосигналы; он открыл электролюминесценцию полупроводников, т.е. испускание ими света при протекании электрического тока.
О. В. Лосев родился 10 мая 1903 г. в Твери в семье конторского служащего. В раннем возрасте у него проявилась склонность к физике и технике. В годы Первой мировой войны в городе была сооружена военная радиоприемная станция, которая получала послания от союзников России по Антанте и отправляла их телеграфом в Петроград и Москву. Однажды в 1917 г. школьнику Олегу довелось побывать на публичной лекции начальника радиостанции о "беспроволочном телеграфе". Тогда этот термин считался более понятным, чем "радио", и в то же время – более научным. Напомним, что и Нобелевская премия 1909 г. была присуждена Г. Маркони и К. Ф. Брауну "за вклад в создание беспроволочной телеграфии". (Изобретатель радио, наш соотечественник А. С. Попов к тому времени уже три года как скончался). После этой лекции судьба О. В. Лосева решилась. Он стал частенько бывать на радиостанции, со всеми там перезнакомился, влюбился в радиотехнику.
О. В. Лосев
При радиостанции благодаря энтузиазму сотрудников образовалась "внештатная" вакуумная лаборатория, в которой началась разработка радиоламп под руководством М. А. Бонч-Бруевича, будущего профессора и мэтра электроники, а в ту пору энергичного и высокообразованного офицера-электротехника. На станцию нередко приезжал из Москвы профессор В. К. Лебединский, известный специалист в области естественных наук, их талантливый пропагандист и популяризатор. Опытный педагог сразу же разглядел призвание Лосева и стал всячески поощрять его любознательность.
Шел 1918 год, страну захлестнула Гражданская война, но у новой власти хватило прозорливости и политической воли, чтобы ускорить развитие радиотехники: в подчинении Наркомата почт и телеграфов (предшественника Минсвязи) была создана Нижегородская радиолаборатория (НРЛ). Ее костяк составила тверская группа во главе с М. А. Бонч-Бруевичем. В Нижний она перебралась еще в августе 1918 г. и к ноябрю завершила разработку первой, которую в стране начали выпускать серийно, приемно-усилительной лампы ПР-1 ("пустотное реле, первое"). Другое направление работ возглавил приехавший из Петрограда профессор В. П. Вологдин, создатель машин высокой частоты. В. К. Лебединский начал выпуск двух специальных журналов по радио: серьезного – "Телеграфия и телефония без проводов" (ТиТбп) и популярного – "Радиотехник". Фактически НРЛ стала первым в стране научно-исследовательским институтом радиотехники и электроники.
После окончания школы в 1920 г. и неудачного опыта поступления в Московский институт связи О. В. Лосев вполне предсказуемо оказался в НРЛ под начальством В. К. Лебединского. Для него началась новая увлекательная жизнь, в которой "25 часов в сутки" были отданы любимой радиотехнике. Он и ночевал в лабораторном здании на лестничной площадке перед чердаком – в городе на Волге у него не было ни семьи, ни комнаты, ни быта. Но О. В. Лосев готов был поступиться всем, только бы не отказываться от творчества. После выполнения обязательных по лаборатории работ он стал заниматься самостоятельным экспериментированием с кристаллическими детекторами. Этот выбор был не случаен. Дело в том, что общаясь с крупными учеными и многое перенимая у них, Олег Владимирович всю жизнь оставался ярко выраженным индивидуалистом. Он любил и умел работать в одиночку и головой и руками. Пойти "на электронные лампы" означало получить свой ограниченный участок работы, частичку от целого. А с кристаллическими детекторами каждый радиолюбитель фактически проводил самостоятельное исследование, когда перемещал контактную иглу по поверхности кристалла, отыскивал точку, наиболее чувствительную для приема радиосигналов. Важность исследования и совершенствования детекторов несомненна. Со времен А. С. Попова и К. Ф. Брауна эти "хлипкие" устройства с дрожащими иголочками оставались основными элементами входных цепей радиоприемников, хотя имели невысокую чувствительность и избирательность и не отличались стабильностью.
Возможности для экспериментов были безграничными, только меняй кристаллы да материал иглы. Главное – цель. И тут оказалось, что недостаток знаний не всегда недостаток – нередко из-за этого и появляются открытия, была бы удача. Приступая к исследованиям, О. В. Лосев исходил из принципиально ошибочной посылки, что поскольку "некоторые контакты... между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания". (В то время уже было известно, что для самовозбуждения одной лишь нелинейности вольтамперной характеристики недостаточно; обязателен падающий участок – да Лосев этого не знал!) Удивительно, но у некоторых кристаллов он обнаружил искомые активные точки, обеспечивающие генерацию высокочастотных сигналов. Особенно эффективной оказалась пара "цинкит – угольное острие", которая при напряжениях менее 10 В позволяла получать радиосигналы с длиной волны вплоть до 68 м. Понятно, что сбивая генерацию, можно было реализовать и усилительный режим. Статья О. В. Лосева о детекторе-генераторе и детекторе-усилителе появилась в ТиТбп в июне 1922 г. К чести Лосева отметим, что в ней он разъясняет обязательность наличия падающего участка вольтамперной характеристики контакта. Разъясняет очень подробно, рассматривая вопрос и качественно и аналитически. По тону чувствуется, что разъясняет не только читателю, но прежде всего самому себе. Это характерно и для его последующих статей. В них он всегда не только исследователь, по и прилежный студент курсов самообразования. Замечательно, что рядом с Лосевым оказался В. К. Лебединский, который отчетливее, чем его молодой сотрудник, понял, что сделано открытие. Профессор сходу попытался дать объяснение наблюдаемому явлению, занялся этим и сам первооткрыватель, но ничего путного тогдашняя фундаментальная наука подсказать им не могла. В конце концов Лосев довольствовался лишь гипотезой: при достаточно большом токе в зоне контакта возникает некий электронный разряд наподобие вольтовой дуги, но без разогрева. Этот разряд и закорачивает высокое сопротивление контакта, обеспечивая генерацию. Похоже, вплоть до конца 1920-х гг. ему казалось, что процесс протекает в атмосфере над поверхностью кристалла. (По современным представлениям имело место сочетание лавинного пробоя с тиристорным эффектом.)
Конечно же В. К. Лебединский и М. А. Бонч-Бруевич обратили внимание на невоспроизводимость эффекта и на то, что, немного поработав, детекторы-генераторы "скисали", поэтому о какой-либо конкуренции с ламповой электроникой как генеральным направлением не могло быть и речи, но практическая значимость открытия была огромной.
Регенеративный приемник “Кристадин”
В те годы радиолюбительство начало принимать массовый характер. Вышло постановление правительства о его развитии, названное "законом о свободе эфира". Электронных ламп не хватало, и они были дороги, да им еще требовался и специальный источник электропитания, а схема Лосева могла работать от трех-четырех батареек для карманного фонарика! В серии последующих статей Олег Владимирович описал методику быстрого отыскивания активных точек на поверхности цинкита, заменил угольное острие металлической иглой, дал рецепты по обработке самих кристаллов и, разумеется, предложил целый ряд практических схем радиоприемников. И на все эти технические решения получил патенты (всего 7), начиная с "Детекторного приемника-гетеродина", заявленного в декабре 1923 г. Кто-то придумал звучное и вполне обоснованное название такому, полностью твердотельному приемнику – кристадин, образованное из сочетания кристалл + гетеродин. Очень скоро, используя детекторы-генераторы, радиолюбители начали делать и радиопередатчики, пригодные для связи на несколько километров. Это был подлинный триумф, популярные брошюры о кристадине расходились массовыми тиражами, а когда их перевели на английский и немецкий, О. В. Лосев получил широкое европейское признание. В письмах "оттуда" его величали не иначе как профессором, да и в НРЛ его карьера удалась: с первоначальной должности "служителя" (что-то вроде мальчика на побегушках) он шагнул в лаборанты, женился (неудачно) и почти перестал голодать.
В 1928 г. в целях расширения научной и промышленной базы радиодела по решению правительства тематика НРЛ (вместе с сотрудниками) была передана в ленинградскую Центральную радиолабораторию (ЦРЛ), которая, в свою очередь, беспрерывно реорганизовывалась, строилась, оснащалась. Вывески менялись, а Лосев занимался одним и тем же – полупроводниками. Его руководителем стал профессор Б. А. Остроумов, заведующий вакуумно-физической лабораторией, разместившейся в одном из новых зданий ЦРЛ на Каменном острове. Лишь после того, как ЦРЛ преобразовалась в Институт радиовещательного приема и акустики (ИРПА), и тематика резко сузилась, Лосев был вынужден уйти на кафедру физики Первого медицинского института.
В ЦРЛ работали выдающиеся ученые. Кроме тех, кто переехал из НРЛ, назовем Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси, А. А. Расплетина, А. Н. Щукина, Д. А. Рожанского, А. А. Пистолькорса, В. И. Сифорова. Многие из них стали академиками и членами-корреспондентами Академии наук.
Ближайшим коллегой О. В. Лосева еще с нижегородского периода был Д. Е. Маляров, прославившийся изобретением (с Н. Ф. Алексеевым) в 1939 г. многокамерного магнетрона – основы будущих радиолокаторов. Пересекались пути Лосева и с московским студентом-стажером В. А. Котельниковым (будущим академиком).
О такой концентрации светил радиотехники и электроники трудно было даже мечтать! Но в ленинградский период жизни интересы Олега Владимировича уже были далеки от кристадина, да и от практической радиотехники. Еще при ранних исследованиях детекторов в 1923 г. он заметил, что при пропускании тока некоторые из них испускают свет. Особенно ярко светились карборундовые детекторы. В Ленинграде Лосев и занялся изучением и объяснением этой электролюминесценции, в значительной степени в содружестве и при поддержке Физико-технического института, возглавляемого академиком А. Ф. Иоффе. Эта страница научной жизни О. В. Лосева, посвященная физике твердого тела, оказалась еще более яркой, чем изобретение кристадина, и заслуживает отдельного подробного описания. Здесь лишь отметим, что за исследование свечения Лосеву в 1938 г. без защиты диссертации была присуждена степень кандидата физико-математических наук (а ведь он так и не получил высшего образования).
О. В. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные безвакуумные источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Полученные им два авторских свидетельства на "Световое реле" (первое заявлено в феврале 1927 г.) формально закрепили за нашей страной приоритет в области светодиодов.
Когда началась Великая отечественная война, Лосев не уехал в эвакуацию, о чем вскоре, осознав бесцельность жертвы, горько пожалел. Полная самоотдача институтским делам, наступивший холод и голод сделали свое дело: 22 января 1942 г. на 39-ом году жизни Олег Владимирович Лосев скончался от истощения в блокадном Ленинграде. Спустя месяц там же от голода умер и его друг-одногодок Д. Е. Маляров.
Открытия О. В. Лосева намного обогнали свое время: тогда не было ни достаточно чистых материалов, ни теории полупроводников, чтобы осознать открытое и добиться воспроизводимого повторения, а главное – развивать дальше. К сожалению, преждевременность открытия, как правило, оборачивается драмой не только для автора, но и для самого открытия – оно напрочь забывается, а когда, наконец, приходит "его время", открывается заново. В значительной степени этот драматизм проявился и в судьбе О. В. Лосева, но в главном ему повезло: кристадин и свечение Лосева останутся в истории техники и в человеческой памяти навсегда.
Автор признателен О. Н. Дьячковой за подбор материалов.
Литература
- Лосев О. В. У истоков полупроводниковой техники. – Л.: Наука, 1972.
- Нижегородские пионеры советской радиотехники. – М., Л.: Наука, 1966.
- Центральная радиолаборатория в Ленинграде. Под ред. И. В. Бренева. – М.: Сов. Радио, 1973.
Статья опубликована в журнале "Электросвязь" №5, 2003 г., стр. 63.
Перепечатывается с разрешения редакции.
