Лауреатом Демидовской премии в номинации «физика» стал академик Александр Латышев, директор Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения РАН, давно ставшего авторитетным научно-исследовательским центром в области физики конденсированного состояния и физики полупроводников.

Нечасто результаты российских ученых попадают в оксфордские учебники. В нашем случае автор обнаружил это случайно: 

— Меня пригласили на конференцию по электронной микроскопии в Оксфорд, а потом организаторы попросили прочитать лекцию студентам. И меня буквально засыпали вопросами, причем все были дельные. Я даже преисполнился гордости за свой английский, но один из студентов спросил меня насчет эффекта, о котором я в лекции рассказать не успел. Тут и выяснилось, что мои результаты со ссылкой на автора описаны в двух учебниках издательства “Cambridge University Press”, — вспоминает академик Латышев.

Самая цитируемая научная работа Александра Латышева “Transformations on clean Si(111) stepped surface during sublimation” («Трансформации на чистой ступенчатой поверхности кремния Si(111) во время сублимации») опубликована в журнале “Surface Science” в 1989 году и посвящена фундаментальному явлению — открытию эффекта эшелонирования атомных ступеней на поверхности кремния под действием постоянного электрического тока. В наномасштабе поверхность любого кристалла (кремния в том числе) не идеально ровная, а состоит из атомно-гладких участков, разделенных ступенями высотой, как минимум, в одно межатомное расстояние. Именно свойства поверхности определяют область применения полупроводникового кристалла. Поэтому понимание процессов, происходящих на поверхности кристалла, позволяет решать и теоретические, и прикладные задачи. С активным участием новосибирского ученого был создан метод уникальной сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии, что позволило рассмотреть очень тонкие процессы на поверхности полупроводниковых пленок и гетероструктур.

Академик А.В. Латышев — автор и соавтор более 380 научных статей, большая часть которых опубликована в мировых журналах самого высокого уровня — “Nature”, “Physical Review Letters”, “Physical Review”, “Surface Science” и других, не менее известных. Среди научных достижений лауреата, помимо вышеупомянутых, — открытие эффекта электромиграции адсорбированных атомов кремния, что привело к созданию новой физики электромиграционных процессов на поверхности полупроводников; установление атомных механизмов формирования эпитаксиальных гетероструктур в системах пониженной размерности для изучения квантовых эффектов, электронной интерференции и одноэлектронных и однофотонных эффектов, составляющих основу элементной базы наноэлектроники; создание методом нанолитографии одноэлектронных транзисторов и однофотонных излучателей, нано- и биосенсоров с рекордной чувствительностью, квантово-размерных систем для нового поколения нанофотоники и наноэлектроники. Всего и не перечислишь! 

Тем не менее, известие о присуждении Демидовской премии стало для ученого неожиданностью:

— Ведь обычно на премию собираешь массу документов, а тут председатель Научного совета Демидовского фонда академик Геннадий Андреевич Месяц «поймал» меня на выходе из самолета и по телефону сообщил, что решение уже принято. Признаюсь, поверил не сразу. Присуждение такой престижной премии — хороший повод искренне поблагодарить учителей: Сергея Ивановича Стенина, Александра Леонидовича Асеева, а также профессоров кафедры физики полупроводников Новосибирского государственного университета, которые учили меня.

— Вы сразу выбрали область научных интересов или были метания?

— О новосибирском Академгородке я узнал еще в восьмом классе. И сразу захотел там учиться, что для школьника из небольшого городка Булаево в Северном Казахстане было не так-то просто осуществить. Я рос, как говорили родители, «нетрудным ребенком» — отлично учился, участвовал в олимпиадах, ходил во все кружки, которые были в школе. С детства любил паять, поэтому мне выписывали всевозможные журналы — «Техника — молодежи». «Радио», «Наука и техника», «Квант», я оттуда и задачи решал, засыпая учителей вопросами. С педагогами, кстати, повезло: сильная учительница математики была даже в первой моей школе, а после восьмилетки я перевелся в математический класс средней школы и одновременно поступил в заочную физматшколу НГУ. Так и удалось осуществить мечту — вступительные экзамены в университет сдал успешно. Кафедру для специализации выбрал сознательно, поскольку увлеченно паял. Что такое элементная база, я представлял слабо, считал, что физика полупроводников связана с паянием микросхем. Когда нас, студентов, привели в Институт физики полупроводников, нам о своей работе рассказывали заведующие лабораториями. Особенно впечатлил один — молодой, увлеченный, волосы ершиком. Все рассказывал о какой-то эпитаксии. Что такое эпитаксия, мы не знали, но его воодушевление притягивало. Это был Сергей Иванович Стенин, человек, который в Институте физики полупроводников поставил технологию выращивания тонких полупроводниковых слоев в условиях сверхвысокого вакуума — молекулярно-лучевую эпитаксию. В его лаборатории осуществили отечественный прорыв в области создания сверхвысоковакуумной техники. За изготовление установки молекулярно-лучевой эпитаксии «Катунь» С.И. Стенин и его коллеги получили Государственную премию. Лаборатория Сергея Ивановича не только работала над созданием «железа» для молекулярно-лучевой эпитаксии, но и разрабатывала технологии выращивания пленок. Мне же он поставил совсем другую задачу.

— В чем же состояла задача?

— В молекулярно-лучевой эпитаксии важно понимать, как именно растет пленка на атомном уровне — каковы физические закономерности роста новой фазы, атомные механизмы формирования тонких пленок, как формируются структурные дефекты на границе раздела. Предполагалось, что я буду это изучать с помощью просвечивающей электронной микроскопии. Но тут Сергей Иванович съездил в Москву на международную конференцию по росту кристаллов (1 200 участников из 24 стран), где японские профессора Хонжа и Яги представили отражательный электронный микроскоп, который реально показывал монотонные ступеньки на поверхности кристалла. И, главное, мог работать при высоких температурах, при которых ведется эпитаксия. И Сергей Иванович поручил мне и моему научному руководителю изучить японский прототип и сделать такой микроскоп, взяв за основу старый ламповый японский (JEOL), имевшийся в лаборатории. Честно говоря, я не обрадовался — понял, что буду вместо приобщения к большой науке два года «крутить гайки», как мы, еще будучи студентами, это называли. Дружный коллектив стенинской лаборатории, куда я был зачислен стажером-исследователем, меня ободрял — советовали, помогали чем могли. Я и не понимал поначалу, насколько сложно такое сделать. После блистательных результатов японцев многие пытались повторить отражательный метод. И, как потом написали японцы, получилось в двух местах — в Японии и в Сибири. В институте кристаллы росли в огромных вакуумных установках, а мне надо было «поместить» «Катунь» между линзами микроскопа. В итоге сделали вакуумную камеру размером в треть стакана. В камере находился образец, который нагревали, пропуская электрический ток, и на поверхность которого могли напылять атомы. При этом в камере поддерживался сверхвысокий вакуум, были предусмотрены вводы и выводы для электронного пучка. Сегодня в мире подобное оборудование и методика исследования поверхности кристалла методом сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии развиваются только в ИФП СО РАН. В Японии профессор Яги ушел на пенсию еще в начале 2000-х, и работы прекратились. 

Много лет спустя я делал доклад в японской компании JEOL — это признанный лидер в производстве электронных микроскопов. Когда они узнали, на базе какой старинной модели мы сделали свой вариант отражательного электронного микроскопа, — аплодировали стоя. Разница между работами нашими и японцев: они просто модернизировали прибор по заказу компании JEOL, не имея представления об эпитаксии, а мы создавали метод, необходимый для исследования и выращивания гетероструктур. Сергей Иванович Стенин, похоже, не верил, что я с задачей справлюсь. И когда в микроскопе стали видны те самые ступени, уговорил директора института Анатолия Васильевича Ржанова выписать мне максимально возможную премию — шесть окладов стажера-исследователя. Для эпитаксиальщиков наша работа была очень важна: можно было изменять параметры роста, получать температурные зависимости, строить компьютерные модели, оптимизировать эпитаксиальные технологии. Дело в том, что самого процесса эпитаксии до нас никто не видел. Поэтому нам ставили самые разнообразные задачи, так как это был не просто микроскоп, а исследовательская лаборатория.

Однажды, наблюдая за движением ступеней, я увидел, что их распределение не является однородным, хотя японцы всегда демонстрировали красивые симметричные картинки (как потом выяснилось, для презентаций они выбирали такие кадры специально). А у меня ступени иногда сбивались в кучу. И это в рамках существующей парадигмы не могли объяснить ни теоретики, ни экспериментаторы. Выяснилось: если греть кристалл переменным током — ступени регулярные, если постоянным — в одном направлении регулярные, в другом собираются в эшелоны. Так был открыт эффект эшелонирования.

— И вам сразу удалось опубликовать не соответствовавший традиционным представлениям результат?

— В первый англоязычный журнал нашу статью не взяли: рецензенты попросту не поверили, решив, что мы не смогли обеспечить достаточно чистый вакуум. В “Surface Science” нас завалили вопросами, но, когда мы ответили на все, не нашли причин не публиковать статью, хоть тоже не верили в описанный эффект. А через три месяца после публикации наш эксперимент повторили японцы, в чистоте вакуума которых никто не сомневался. Так мы с коллегами сразу попали в топ мировых специалистов, занимающихся этой тематикой. Особенно важным оказался эффект эшелонирования для теоретиков: достаточно просто тестировать, как атомы встраиваются в ступеньку. Ведущий болгарский теоретик Стоян Стоянов даже писал в мемуарах, что, не поверив первый раз в этот эффект после моего доклада на семинаре в их институте, вернулся к идее пять лет спустя, потеряв годы эффективной работы. Потом он до конца жизни не пропускал ни одного нашего результата, мы активно сотрудничали.

Позже я для себя сформулировал так: есть работы на хорошем мировом уровне, а есть те, что разрывают существующую парадигму, то есть задают новый мировой уровень. И с тех пор я стараюсь работать именно так. 

— Находите время на науку, несмотря на директорскую должность?

— Конечно, должность директора подразумевает массу бюрократической нагрузки. Главное — финансирование институту обеспечить. Вот к демидовской лекции готовился, например, ночью. Но мне не привыкать: в бытность мою стажером-исследователем экспериментальная автоматическая система учета рабочего времени «Колхида» мне даже прогулы ставила: приходил я до того, как она включалась, а уходил в 22.00, когда вахтеры выгоняли. Дело в том, что в соседней комнате с 10.00 до 18.00 проводились достаточно энергоемкие эксперименты, которые создавали помехи и мешали мне работать с чувствительным сверхвысоковакуумным электронным микроскопом. 

Лучшее время для занятий наукой было, когда я два года работал по приглашению профессора Яги в Японии. У нас тогда зарплату не платили, а там хорошая стипендия приглашенного профессора — читай лекции да смотри в микроскоп. С их бюрократией я дела не имел, все обеспечивала японская сторона. Получал, конечно, заманчивые коммерческие предложения остаться, но, посмотрев, как у них все устроено, решил, что вернусь домой и буду создавать свою научную школу.

— Удалось?

— Да. Вернувшись, стал работать со студентами — готовил их, как когда-то готовили меня. Сейчас всю работу продолжают делать мои ученики. Бывшую мою лабораторию сейчас возглавляет Дмитрий Щеглов — очень энергичный, болеет за дело, не бросает начатое на полдороге. Качество, которое я всегда уважал. Взялся — надо довести до конца. Ученикам своим стараюсь ставить научную задачу, что называется, «на взлет». Не скуплюсь на похвалы за малейшее достижение: почувствовав успех, они начинают работать более заинтересованно. А у успеха, как и у беды, есть закономерность — он не приходит один.

Кстати, микроскоп, который мы когда-то переоборудовали, до сих пор используется. За рубежом время жизни электронного микроскопа — 5–7 лет. У нас — раз в 10 дольше. И в данном случае это не так уже плохо. Единственный в мире сверхвысоковакуумный отражательный электронный микроскоп!

Думаю, мне в жизни повезло: я выбирал только один раз — кафедру. Потом уже выбирали меня — завлабом, директором, академиком. Готовя бумаги к очередным выборам, наткнулся на информацию: в 2016 году, когда праздновали 65 лет теории роста кристаллов Бартона — Кабреры — Франка (BCF, 1951), председатель международного научного комитета по росту кристаллов японский профессор Уваха написал обзорную статью и назвал в числе 15 работ, внесших за 65 лет наиболее значимый вклад в развитие теории эпитаксиального роста, нашу публикацию. В научной карьере мне помогло то, что метод, который был создан с моим участием, оказался эффективным: я мог свои научные гипотезы быстро проверить и понять, где надо рвать парадигму. Среди самых свежих результатов нашего института — отправка для испытаний в космос установки для выращивания полупроводниковых структур методом молекулярно-лучевой эпитаксии, создание «лампочек», излучающих свет одного фотона (то есть достигнут теоретический предел), и системы регистрации, улавливающей эти одиночные фотоны. Сейчас планируем посмотреть вширь — изучить нашим методом не только полупроводниковые структуры, но и, например, Ван-дер-Ваальсовы системы, где ключевую роль играют слабые межмолекулярные силы. Когда в самом начале карьеры был большой успех, мелкими проблемами заниматься просто не хочется. Настоящая научная школа подразумевает, что не только я расту, но и ученики развиваются. Стараюсь их мотивировать. Понимаешь, что подходит возраст, когда стоит задуматься о смысле жизни, о том, что ты сделал.

Когда сидишь за микроскопом, смотришь на мир атомов сверху, перемещений отдельных быстродвигающихся атомов не видно, но результаты их «беготни» налицо, картинка меняется. Здесь храм появился, там — дворец, вот железную дорогу протянули, вот Новосибирск в миниатюре. И думаешь: сейчас подниму температуру — все начнут работать быстрее. Но если не угадаешь с нагревом — миниатюрный мир развалится. В человеческой жизни так не поэкспериментируешь! Эта метафизика впечатляет.

Беседу вела 
Ольга КОЛЕСОВА