Памяти Е. Ф. Гросса

2014 ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА Сер. 4. Вып. 1

ХРОНИКА

УДК 536.4.033

В. Ф. Агекян1, И. Х. Акопян1, Б. В. Новиков1, С. А. Пермогоров2 ПАМЯТИ Е. Ф. ГРОССА

1 Санкт-Петербургский государственный университет, 199034, Санкт-Петербург, Российская Федерация

2 ФТИ им А.Ф.Иоффе РАН, 194021, Санкт-Петербург, Российская Федерация

В октябре 2012 г. исполнилось 115 лет со дня рождения выдающегося физика-оптика, члена-корреспондента АН СССР, профессора Ленинградского университета, лауреата Государственной и Ленинской премий Е.Ф.Гросса. К этой дате Оптическое общество имени Рождественского учредило медаль Е. Ф. Гросса, которая ежегодно присуждается за исследования в области спектроскопии полупроводников, диэлектриков и наноструктур на их основе. Эта медаль была вручена ряду профессоров университета и сотрудникам РАН на Совещании, состоявшемся на физическом факультете СПбГУ. На этом же Совещании были представлены доклады, посвящённые развитию идей Е. Ф. Гросса и новым направлениям оптической спектроскопии кристаллов и наноструктур. Ил. 2. Ключевые слова: Евгений Фёдорович Гросс.

V. F. Agekyan1, I. K. Akopyan1, B. V. Novikov1, S. A. Permogorov2 IN THE MEMORY OF E. F. GROSS

1 St. Petersburg State University, 199034, St. Petersburg, Russian Federation

2 Ioffe Institute, RAS, 194021, St. Petersburg, Russian Federation

The 115-th anniversary of the famous physicist E. F. Gross, professor of Leningrad State University, was celebrated in October 2012. In honor of this date the E. F. Gross medal was founded by the Rozhdestvenskii Optical Society. The medal is awarded for outstanding investigations in the field of spectroscopy of semiconductors, dielectrics and nanostructures. The first decoration of the group of the University professors and RAS scientists took place during the ceremonial meeting on the Faculty of Physics of St. Petersburg State University. The program of the meeting was devoted to the development of E. F. Gross's ideas and to the modern optical spectroscopy of the crystals and nanostructures. Figs 2. Keywords: Evgenii Fedorovich Gross.

В октябре 2012 г. исполнилось 115 лет со дня рождения выдающегося физика-оптика Евгения Фёдоровича Гросса (1897-1972). В этой связи на физическом факультете состоялось совещание с участием сотрудников Университета и Академии наук. Совещание открылось награждением ряда учёных медалью Е. Ф. Гросса, учреждённой Оптическим обществом им. Д.С.Рождественского. Среди награждённых — нобелевский лауреат, академик Ж. И. Алфёров, академик А. А. Каплянский, сотрудники ФТИ имени

А.Ф.Иоффе РАН Ю.Г. Кусраев, С. А. Пермогоров, Б. С. Разбирин, сотрудники физического факультета СПбГУ Б.В.Новиков, В.Ф. Агекян, И. Х.Акопян. Отныне медали будут вручаться ежегодно известным учёным за выдающиеся исследования по спектроскопии полупроводников и диэлектриков и наноструктур на их основе.

Е. Ф.Гросс после окончания с отличием реального училища в 1915 г. прошёл курс Николаевского военного училища в Петрограде по направлению «Воздухоплавание», служил в царской армии в чине прапорщика, потом в Красной Армии. Службу он совмещал с учёбой на физическом факультете Университета, который окончил в 1924 г. Е.Ф.Гросс входил в ближний круг учеников Д. С. Рождественского, который пригласил его для работы в созданный в 1918 г. Государственный оптический институт, где сначала Евгений Фёдорович работал лаборантом при мастерских, а потом как научный сотрудник.

В 1930 г. Е. Ф. Гросс обнаружил тонкую структуру линии рассеяния света в кристаллах, связанную с взаимодейстием света с акустическими фононами. Это важное открытие под-твёрдило теорию рассеяния Бриллуэна и теорию теплоёмкости Дебая и дало оптический метод определения скорости звука в твёрдых телах. В мировой научной литературе этот эффект получил название бриллуэновского рассеяния (Brillouin scattering).

В 1935 г. Евгений Фёдорович был репрессирован и отправлен в ссылку, откуда ему удалось вернуться благодаря усилиям академиков Д.С.Рождественского и С. И. Вавилова.

В 1936 г. Е. Ф. Гросс организовал в Университете кафедру молекулярной физики (ныне — кафедра физики твёрдого тела), которой руководил до конца своей жизни. За работы по рассеянию света Е. Ф. Гросс был награждён в 1946 году Государственной премией и в том же году был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР. В 1944 г. по предложению А. Ф. Иоффе он начал работать в Физико-техническом институте АН СССР, где образовал оптическую лабораторию. Медаль Е. Ф. Гросса

Огромное значение для оптики кристаллических тел сыграло экспериментальное открытие Е. Ф. Гроссом оптического спектра экситона в полупроводниках. Этим было основано новое направление — спектроскопия экситонных состояний кристаллов, возникли новые широкие возможности для изучения зонной структуры, миграции энергии,

Евгений Фёдорович Гросс

спиновых состояний в полупроводниках и полупроводниковых наноструктурах. Работы Е. Ф. Гросса и его учеников по изучению свойств экситонов были удостоены Ленинской премии (1966 г.). Созданная Е.Ф.Гроссом научная школа получила всеобщее призна-

Представленные на совещании доклады были посвящены воспоминаниям об Е. Ф. Гроссе и новым направлениям в изучении полупроводников и наноструктур.

Ж.И.Алфёров (Академический университет РАН) в своём выступлении вспомнил о своих встречах с Евгением Фёдоровичем. Он, в частности, подчеркнул, что Евгений Фёдорович — представитель замечательной ленинградской школы физиков, одновременно и школы Рождественского, и школы Иоффе. Далее он сказал: «Я думаю, что открытие экситона — одно из фундаментальнейших открытий в физике полупроводников. Оно играет огромную роль и сегодня в физике низкоразмерных полупроводниковых структур. Сейчас развивается целый ряд новых оптических направлений в полупроводниках и в твёрдом теле в целом, и в основе многих новых явлений — экситон. И очень важно, что приоритет здесь полностью наш, советский, российский... Я знаю, что Борис Павлович Константинов выдвигал его на Нобелевскую премию. И жаль, что у Евгения Фёдоровича не оказалось полного комплекта — и Сталинской, и Ленинской, и Нобелевской премий. Евгений Фёдорович был очень яркий человек. Отмечу ещё такую характерную его черту — когда мы начали исследования гетероструктур, я был уверен, что всё получится, надо было только найти варианты, как это сделать, но многие в это не верили. А Евгений Фёдорович меня поддерживал. Он имел помимо прекрасного экспериментального мастерства ещё одно свойство, которое для экспериментатора чрезвычайно важно — интуитивное чувство, что из ничего может получиться много интересного и большого. Я тронут тем, что сегодня я здесь, в Университете. Я всегда вспоминаю Евгения Фёдоровича самыми добрыми словами. Мне хочется, чтобы молодёжь Университета развивала традиции Евгения Фёдоровича Гросса»1.

Академик РАН А. А. Каплянский (ФТИ РАН, СПбГУ) в своём выступлении отметил, что учреждение именной медали Е. Ф.Гросса является достойным напоминанием об огромном вкладе этого учёного в физику, в развитие методов спектроскопии. Далее А. А. Каплянский рассказал о первых исследованиях экситонных состояний в Физико-техническом институте, в которых активное участие принимали студенты и аспиранты. Евгений Фёдорович всегда уделял особое внимание молодёжи. Оба созданных им коллектива — в Университете и Физтехе в течение всей своей истории тесно связаны друг с другом. В 1987 г. на основе лаборатории спектроскопии твёрдого тела ФТИ организован филиал кафедры физики твёрдого тела СПбГУ.

Б. В. Новиков (профессор СПбГУ) рассказал о жизненном и научном пути Евгения Фёдоровича, о его основных открытиях по рассеянию света в кристаллах и жидкостях и по оптике экситонов в полупроводниках. Идеи Евгения Фёдоровича получили широкое развитие. Одним из примеров является обнаружение выпускником кафедры Е. Ф. Гросса А. И. Екимовым в 1980-х годах экситонов в квантовых точках и установление квантоворазмерного сдвига их энергии. За эти работы А. И. Екимов был удостоен американской премии Р. Вуда. В. Ф. Агекян (профессор СПбГУ, заведующий кафедрой ФТТ), рассказал о современном состоянии кафедры, созданной Е. Ф. Гроссом. Организованная в 1938 г. кафедра молекулярной физики была переименована в 1987 г. в кафедру физики твёрдого тела, в этом же году был издан министерский приказ об организации филиала кафедры в ФТИ им А. Ф. Иоффе РАН. Кафедра ФТТ включает в себя

1 Речь Ж.И.Алфёрова цитируется по магнитофонной записи.

лабораторию оптики твёрдого тела, лабораторию квантовой акустики и ультразвуковой спектроскопии, сектор калориметрических исследований биополимеров и филиал кафедры в ФТИ. Кафедра выпускает магистров по специальностям «Спектроскопия твёрдого тела», «Полупроводниковые структуры и нанотехнологии», «Когерентные фотоны и ЯМР в твёрдом теле». В 2012 г. выпущено двенадцать магистров, в 2013 г. планируется выпуск восемнадцати магистров.

Свой доклад В. Ф. Агекян посвятил когерентному смешиванию квадрупольных и ди-польных экситонов электрическим и магнитным полями и наблюдению диамагнитных экситонов в оптических переходах между уровнями Ландау в магнитном поле. Выпускник кафедры ФТТ член-корреспондент РАН П.С.Копьев (ФТИ РАН) рассказал о первых опытах по созданию квантоворазмерных гетероструктур в лаборатории Ж. И. Алфёрова в ФТИ. Он отметил, что созданию совершенных гетероструктур в значительной степени способствовало изучение их оптических свойств. Анализ спектров свободных и локализованных экситонов (полуширина линий, их интенсивности, энергетическое положение) позволяли вносить необходимые изменения в технологический процесс. Эти работы проводились совместно с сотрудниками лаборатории оптики твёрдого тела ФТИ (И. Н. Уральцев, Д. Р. Яковлев и др.). В. П. Кочерешко (ФТИ РАН) выступил с докладом «Магнитооптика движущихся экситонов». Важнейшим свойством экситона является его движение по кристаллу. Основные эксперименты на эту тему были выполнены Е.Ф.Гроссом и его сотрудниками А. А. Каплянским, Б. П. Захарченей, Б. С. Разбириным, С. А. Пермогоровым, И. Н. Уральцевым, В.А.Киселёвым в 1960-е годы. Относительно недавно, в 2005 г., были обнаружены новые свойства движения экситона в кристалле. В магнитоооптических экспериментах удалось продемонстрировать, что движение центра масс и внутреннее движение в экситоне взаимосвязаны. Движение центра масс сопровождается изменением внутреннего движения и, наоборот, состояние внутреннего движения в экситоне влияет на движение его центра масс. В последние годы возрос интерес исследователей к изучению бозе-конденсации экси-тонов в микрорезонаторах. Оказалось, что двигаться по кристаллу может не только одиночный экситон, но и целый конденсат экситонов. Квантование движения экситон-ного конденсата удаётся наблюдать в полупроводниковых микрорезонаторах.

Член-корреспондент РАН Л. Е. Ивченко (ФТИ РАН) рассказал о дифракции электромагнитной волны на периодической среде, когда условие Брэгга выполняется на частоте резонанса, возбуждаемого в этой среде. Можно описать с единых позиций распространение, отражение, пропускание и дифракцию электромагнитного излучения в различных объектах: 1) периодических структурах с квантовыми ямами в области экситонного резонанса, 2) оптических решётках из атомов, охлаждённых в лазерном поле, и 3) объёмных кристаллах и мультислоях с резонансными внутриядерными переходами для гамма-лучей. Характерным общим свойством этих систем является подавление безызлучательных каналов и неоднородного уширения резонансной частоты. Второе фундаментальное свойство резонансных фотонных кристаллов — наличие в зависимости от толщины образца двух режимов взаимодействия света с резонансными возбуждениями.

С. А. Пермогоров (ФТИ РАН) рассмотрел свободные экситоны и эксито-ны, локализованные флуктуациями состава, в спектрах оптического излучения полупроводниковых кристаллов и полупроводниковых твёрдых растворов. Экситоны, локализованные флуктуациями потенциала, в основном сохраняют структуру внутреннего электронного движения, характерную для невозмущённой системы, что проявляется, например, в сохранении поляризационных правил отбора для оптических

переходов. Однако локализация экситонов приводит к существенному подавлению процессов переноса энергии по кристаллу. Оптические спектры локализованных эксито-нов демонстрируют сильное неоднородное уширение, обусловленное флуктуационным характером локализации. Наличие миграции энергии в зоне локализованных состояний приводит к сильной дисперсии времени жизни по контуру полосы излучения. Как следствие, в зоне локализованных состояний существует характеристическая энергия порога подвижности. Кроме того, пространственная локализация экситонов приводит к существенной модификации процессов экситон-фононного взаимодействия. Рассмотрено проявление специфических свойств локализованных экситонов в некоторых типах неупорядоченных систем (полупроводниковые твёрдые растворы, квантовые ямы с флуктуациями ширины, ансамбль квантовых точек с размерной дисперсией).

В докладе И. А. Юговой (СПбГУ) «Динамика спиновой когерентности в самоорганизованных квантовых точках» рассматривалась проблема быстрой расфазировки спиновых состояний ансамбля, вызванной неоднородностью ансамбля квантовых точек в реальных структурах. Показано, что реализация длительной спиновой когерентности в неоднородном ансамбле квантовых точек оказывается возможной за счёт эффекта синхронизации спиновой прецессии. Периодическое оптическое возбуждение заряженного экситона (триона) импульсами поляризованного света создаёт в ансамбле квантовых точек долгоживущую спиновую когерентность и приводит к синхронизации спиновой прецессии электронов в магнитном поле. Эта синхронизация является результатом конструктивной интерференции электронной поляризации во времени. Фазовая синхронизация спинов позволяет при выборе надлежащих условий возбуждения формировать единую спиновую динамику ансамбля квантовых точек и эффективно управлять спиновой когерентностью.

Д. Р. Яковлев (ФТИ РАН, Технический университет Дортмунда) в докладе «Экси-тоны в низкоразмерных системах» представил историю исследования экситонов в низкоразмерных системах советскими и российскими физиками. Школа по экситонной спектроскопии твёрдых тел, созданная Е. Ф. Гроссом в Ленинграде, позволила советским учёным занять лидирующие позиции в исследовании экситонов в низкоразмерных системах. Существенными этапами в обнаружении новых явлений явились наблюдение квантования центра масс экситона И. Н. Уральцевым, В. А. Киселёвым и Б. С. Раз-бириным в 1973 г. в тонких пластинках CdSe, синтез квазинульмерных полупроводниковых нанокристаллов в стеклянной матрице и наблюдение в их спектрах кван-товоразмерного сдвига А. И. Екимовым в 1981 г., теоретическое изучение электронных состояний в нанокристаллах А. Л. Эфросом и Ал. Л. Эфросом в 1982 г. Квазидвумерные экситоны в первой советской квантовой яме GaAs/AlGaAs, выращенной методом молекулярно-пучковой эпитаксии в группе П. С. Копьева, были обнаружены И. Н. Уральцевым и Д. Р. Яковлевым в 1984 г. Заряженные экситоны (трионы) в квантовых ямах CdTe/CdMgTe и ZnSe/ZnMgSe изучались В. П. Кочерешко, Д. Р. Яковлевым и Г. В. Астаховым в сотрудничестве с университетом Вюрцбурга (Германия), начиная с 1995 г. Параметры и свойства магнитного полярона в объёмных разбавленных магнитных полупроводниках были установлены группами из ФТИ им А. Ф. Иоффе и Санкт-Петербургского государственного университета. Двумерный экситонный магнитный полярон в квантовой яме CdMnTe/CdMgTe был обнаружен Д.Р.Яковлевым в 1990 году и затем детально исследован экспериментально в университете Вюрцбурга и теоретически в ФТИ им А. Ф. Иоффе К. В. Кавокиным, А. В. Кавокиным и И. А. Меркуловым. Перечисленные работы — это лишь небольшая часть исследований экситонов в наноструктурах, проведённых и проводимых в Петербурге. Следует подчеркнуть, что

экситон является как объектом исследования, так и мощным инструментом изучения свойств низкоразмерных структур.

Проведённое совещание показало, что открытые Е.Ф.Гроссом экситонные состояния в полупроводниках в настоящее время представляют большой интерес как в объёмных материалах, так и в полупроводниковых наносистемах различного вида. Экситонные состояния несут важную информацию об энергетических уровнях полупроводниковых структур, об излучательных процессах, переносе энергии, спиновых свойствах. Созданная Е.Ф.Гроссом научная школа получила широкое признание, она активно развивается трудами его учеников и последователей. На кафедре физики твёрдого тела создан мемориальный кабинет Е. Ф. Гросса, где находятся оптические приборы, на которых были сделаны его открытия. Ежегодно на Всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и полупроводниковых наноструктур присуждаются премии имени Е. Ф. Гросса за лучшие доклады по оптике.

Статья поступила в редакцию 9 июля 2013 г.

Контактная информация

Агекян Вадим Фадеевич — профессор.

Акопян Ирина Хачатуровна — профессор.

Новиков Борис Владимирович — профессор; e-mail: bono1933@mail.ru

Пермогоров Сергей Александрович — главный научный сотрудник.

Agekyan Vadim Fadeevich — Professor.

Akopyan Irina Khachaturovna — Professor.

Novikov Boris Vladimirovich — Professor; e-mail: bono1933@mail.ru

Permogorov Sergey Aleksandrovich — Main Researcher.