На прошлой неделе были объявлены лауреаты Нобелевской премии по химии. Нобелевский комитет Королевской шведской академии наук присудил награду троим ученым, Алексею Екимову, Луису Брюсу и Мунги Бавенди, за открытие и синтез квантовых точек — нанометровых полупроводниковых кристаллов, которые нашли применение в медицине, биологии, опто- и микроэлектронике. Нобелевская премия 2023 года стала знаковым событием для российской науки, поскольку один из лауреатов, Алексей Иванович Екимов, — выходец из Советского союза. Он окончил Ленинградский государственный университет имени А. А. Жданова, после чего работал в Физико-техническом институте имени А. Ф. Иоффе и Государственном оптическом институте имени С. И. Вавилова. Нам удалось поговорить с Алексеем Аркадьевичем Онущенко — учеником и соавтором Алексея Екимова — и расспросить его о карьерном пути нового нобелевского лауреата.
— Расскажите, в какой период жизни вы были знакомы с Алексеем Ивановичем Екимовым? Насколько близко вы знали друг друга?
— Алексей Иванович был моим научным руководителем в Государственном оптическом институте (ГОИ). Вообще, мы с ним заканчивали одну и ту же кафедру Ленинградского государственного университета физического факультета — кафедру молекулярной физики Евгения Федоровича Гросса, отца советской экситоники. Екимов перешел в ГОИ из ФТИ имени Иоффе, который по сей день является одним из ведущих физических институтов страны. В оптическом институте он стал работать в лаборатории лазерных стекол, которой руководил Михаил Никитич Толстой. Я поступил в эту лабораторию на четыре года раньше, и после прихода Алексея Ивановича мы вместе выполняли работу по кристаллам, выращенным в стекле. По этой теме мы работали вместе в течение примерно десяти лет: с 1979 года по начало 1990-х.
— Расскажите подробнее о ваших совместных исследованиях, в том числе о том, которое привело к открытию квантовых точек.
— Наша первая совместная работа была выполнена на галоидно-медных фотохромных стеклах. Это такие стекла, которые обратимо изменяют свою прозрачность в зависимости от освещения, они предназначены для защиты зрения от мощных световых вспышек. Первоначально фотохромные стекла на основе галоидного серебра были изобретены в Америке и появились на рынке в виде стекол для солнцезащитных очков. Отечественные же, медногалоидные, должны были заменить эти более дорогие аналоги. Так вот, разработчики этих стекол (группа В. А. Цехомского) обратились в группу Алексея Екимова с просьбой измерить спектральные характеристики образцов при низких температурах. У нас было соответствующее оборудование, позволяющее записывать спектры вплоть до температуры жидкого гелия (примерно минус 270 °С). Мы обнаружили типичные спектры экситонного поглощения кристалла хлорида меди (CuCl), а также выяснили, что они меняются в зависимости от условий приготовления образцов (температуры и времени термообработки исходных стекол). Чтобы разобраться с этим явлением, мы попросили наших коллег из Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова РАН провести структурную характеризацию образцов методом малоуглового рентгеновского рассеяния. В результате этих измерений было установлено, что размер выделяемых частиц изменяется в диапазоне примерно от трех до нескольких десятков нанометров, при этом чем меньше был размер выращенных наночастиц, тем дальше в ультрафиолетовую область смещались линии экситонного поглощения. Вот это и был ключевой момент — коротковолновый или синий сдвиг линий экситонного поглощения при уменьшении размера наночастиц хлористой меди. По этому открытию мы опубликовали первую работу по квантовому размерному эффекту в трехмерных микрокристаллах полупроводников (журнал «Письма в ЖЭТФ», 1981). Первая работа по эффектам размерного квантования в полупроводниковом шаре была сразу же выполнена теоретиками из ФТИ имени Иоффе — братьями Алексеем и Александром Эфросом (журнал «Физика и техника полупроводников», 1982). Экспериментальная работа по эффектам размерного квантования для широкого набора стеклокристаллических материалов с различными нанокристаллами, включая сульфо-селениды кадмия, была опубликована в журнале «Solid State Communications» в 1985 году. Вот, пожалуй, основные вехи в нашей научной деятельности, за которую Алексею Ивановичу в этом году присудили Нобелевскую премию.
— Почему открытие квантовых точек настолько ценно?
— Суть квантового размерного эффекта, который мы обнаружили, заключается, как я уже говорил, в том, что спектральные характеристики квантовых точек можно изменять контролируемым образом, варьируя всего один параметр: размер выращенного нанокристалла — квантовой точки. Этот эффект открывает широкие возможности практических применений. Попробую пояснить на одном примере. Изменяя размер нанокристаллов правильно выбранного полупроводникового соединения, можно получить излучение разных цветов: красного, зеленого, синего. Их сочетание позволяет вообще получить всю гамму цветов и оттенков. Создание светодиодов требуемых цветов на базе таких нанокристаллов позволяет реализовать цветные телевизоры нового поколения — «телевизоры на квантовых точках».
Большой потенциал практических применений обнаруженного эффекта достаточно быстро был понят мировой научной общественностью, поэтому за нашей первой публикацией последовали широкомасштабные исследования, как экспериментальные, так и теоретические, разнообразных нанокристаллов. В том числе и исследования по разработке технологий получения нанокристаллов методами коллоидной химии. Именно такие технологии представляют наибольший интерес с точки зрения практических применений и возможностей промышленного производства. Таким образом, по сути, небольшое исследование стало одним из факторов, стимулировавших развитие крупного направления в современной науке.
— Можете ли вы рассказать, за что Алексей Иванович получил Государственную премию — еще до открытия квантовых точек?
— Насколько я знаю, в ФТИ имени Иоффе была большая научная группа, которая трудилась над исследованием оптической ориентации спина электронов и дырок — носителей отрицательного и положительного зарядов соответственно — в полупроводниках. Эту команду возглавлял Борис Петрович Захарченя, и Екимов, будучи в ее составе, защитил кандидатскую диссертацию. Именно за эти исследования весь коллектив заслуженно получил Государственную премию. После защиты диссертации Екимов перешел в ГОИ на должность старшего научного сотрудника, в ФТИ имени Иоффе у него такой возможности не было.
— Знаете ли вы что-нибудь о семье Алексея Ивановича?
— На самом деле у нас были хорошие рабочие отношения, но нас нельзя было назвать друзьями. Поэтому я довольно мало знаю о его личной жизни. Знаю, что жену Алексея Ивановича звали Раиса, а сына — Борис.
— Как бы вы могли описать его как человека? Были ли у него какие-то яркие качества?
— Это человек с прекрасным физическим образованием, который окончил хорошую кафедру, а потом работал в очень сильном коллективе в ФТИ имени Иоффе. Его всегда окружали высококвалифицированные умные люди, у которых всегда можно было поучиться, что Екимов и делал. Хочется отметить его активную позицию, которая играла очень важную роль в жизни нашего научного коллектива. Например, он умел находить правильный подход к людям, которые принимали решение об обеспечении лаборатории. Ему удавалось убеждать их в том, какое именно оборудование нам нужно. А для исследователей это очень важный вопрос.
— Знаете ли вы о его дальнейшей карьере? Почему Алексей Иванович уехал в США?
— Насколько я помню, Алексей Иванович перешел обратно в ФТИ имени Иоффе в начале 90-х и часто выезжал в Европу, сотрудничая с различными научными коллективами по начатой нами тематике. Возможно, Александр Эфрос, уже работавший в США, способствовал его переезду в Америку. Думаю, у всех совершенно понятная человеческая мотивация: люди всегда ищут место, где они лучше всего смогут себя проявить, где они будут наиболее востребованы и признаны. Работая в Европе, Екимов выполнил ряд интересных исследований. Возможно, это также способствовало его переезду в США.
— Приезжал ли Алексей Иванович в Россию после эмиграции и встречались ли вы с ним?
— Мы не поддерживаем с ним контакт, поэтому я точно не знаю, может, и приезжал, но это маловероятно. Мы пару раз встречались после его отъезда, но за рубежом. Первый раз мы встретились в 1995 году в Японии на конференции по оптическим свойствам нанокристаллов. Второй раз — только через 20 лет в Париже на конференции, посвященной тридцатилетию коллоидных квантовых точек. Тогда Екимов, Брюс и Эфрос делали ключевые доклады и рассматривались как возможные лауреаты Нобелевской премии.
— Почему отечественные физики-теоретики, которые изучали квантовые точки сразу после их открытия, не вошли в состав нобелевских лауреатов?
— Получилось так, что Нобелевскую премию по химии получили двое физиков — Алексей Екимов и Луис Брюс — и один химик — Мунги Бавенди. Мунги Бавенди — очень известный и заслуженный химик из Массачусетского технологического института. Он действительно много сделал для разработки технологий получения коллоидных квантовых точек. Хотя, возможно, я и ошибаюсь по поводу специальности Луиса Брюса, вроде, Мунги Бавенди его ученик.
Алексей Иванович же работал на самой заре исследований в этом направлении. Советский физик-теоретик Александр Эфрос вот не попал в число нобелевских лауреатов, хотя он уже в 1982 году — всего через год после выхода нашей работы — в отечественном журнале опубликовал совместно со своим старшим братом Алексеем Львовичем очень изящную теоретическую статью по эффектам размерного квантования в полупроводниковом шаре. У Луиса Брюса первая теоретическая работа по этой тематике вышла только в 1983 году, насколько я помню, в американском Журнале физической химии.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
