Оглавление базы знаний о О. В. Лосеве

ГЛАВА XII.

СТРАННОЕ СВЕЧЕНИЕ.

На результатах, полученных к 1927-28 годам, практически завершилась работа Олега Владимировича Лосева по кристадинным схемам; они были его последним вкладом в технику связи, в помощь радиолюбителям, его помощью в расширении их рядов. Кристадин послужил своей цели, но дальнейшее улучшение его без понимания механизма генерирующего кристалла, без возможности управлять физическими явлениями, обуславливающими генерирование электрических колебаний, потеряли для Лосева научный интерес. Он ясно понял, что мелкими усовершенствованиями нельзя предотвратить вытеснения кристадина лампой, и мелочное авторское самолюбие не заставило его стать на ложный путь защиты кристадина. Лосеву, по всему характеру его работы, его непрерывному росту, его участию в успехах Радиолаборатории, не была и не могла быть свойственна косность; он не цеплялся за старое, отживающее свой век. Он обладал большой научной фантазией, богатством идей, почерпнутых из собственных успешных и неудачных опытов, и желал лишь подытожить свои старые работы. Он стремился оценить, были ли его работы с генерирующими кристаллами и детекторами запоздавшим отзвуком техники кристаллических детекторов или предвещали будущее радиотехники? Он лично склонялся к мысли, что, когда будет изучена природа детектирующих и генерирующих точек на кристаллах полупроводников, радиотехника сможет с этими кристаллами добиться успехов, несравненно больших, чем прошлые успехи его кристадина. Но, как скоро раскроются перед исследователями физические явления в генерирующих кристаллах, когда и как кристаллы вновь войдут в радиотехнику, в то время трудно было даже гадать.

Лосев отчетливо понимал, что проблема контакта выходит далеко за пределы радиотехники. Действие детектора нельзя понять, изучая процессы только в электрических цепях или в окружающей среде. Они гораздо сложней и связаны с глубочайшими тайнами строения вещества. Только понимание механизма протекания тока в кристаллической решетке детектирующего кристалла может открыть новые перспективы его применения.

Потеряв интерес к дальнейшим практическим приложениям кристадина, 0.В. Лосев весь свой талант экспериментатора, весь энтузиазм исследователя перенес на изучение физических явлений в кристаллах, тех генерирующих и детектирующих точек, которые сначала породили блестящие успехи, а потом послужили основной причиной естественного вытеснения кристадина лампами.

Светящийся детектор - его незаконченная работа - была тем объектом, с которого Олег Владимирович начал новый этап своей жизни исследователя физических свойств кристаллических полупроводников. Он описал свои эксперименты в статье «Светящийся карборундовый детектор и детектирование с кристаллами», помещенной в «Телеграфии и Телефонии без проводов» в № 44 за 1927 год.

Прежде всего, он обратил внимание на то, что детектирующие точки карборунда светились не всегда одинаково при разных направлениях тока; контакт светится интенсивней, если потенциал на контактной проволочке отрицательный (рис. 54). Оказалось, что не все светящиеся точки детектировали. В одной серии опытов «из 130 точек, найденных по свечению, давали хорошее выпрямительное действие только 114. Но те оставшиеся 16 точек, на которых не получалось выпрямления, давали одинаковое свечение (по интенсивности и цвету) при противоположных направлениях постоянного тока». Униполярная проводимость на одном и том же кристалле карборунда, на различных точках его поверхности имела противоположное направление. Исследования свечения у отдельных точек кристалла показали, что каждое из направлений униполярной проводимости связано с различным характером свечения.



54.  Кристалл светится сильнее, если потенциал острия отрицательный.

Оказалось возможным различать два вида свечения карборундового контакта. Свечение «I» было зеленовато-голубоватого цвета. Ярко светилась маленькая точка (иногда несколько маленьких точек), вокруг которой (или которых) наблюдалось расплывчатое свечение значительно меньшей яркости. Расплывчатое свечение является в сущности лишь отражением основного свечения от ближайших граней и трещин кристалла (рис. 55).

Изменение величины напряжения на зажимах детектора практически не влияет на цвет свечения «I». Интенсивность свечения «I» резко меняется от перемены направления тока на противоположное. В направлении тока, сопутствующего более интенсивному свечению, детектор имеет меньшую проводимость.

Второй вид свечения карборундового контакта - свечение «II» отличалось от свечения «I» тем, что цвет свечения менялся при изменении напряжения на зажимах детектора: напряжению на зажимах детектора, равному 6 вольтам соответствовало оранжевое свечение, 10 вольтам – желтое, 20 вольтам - светло-желтое, 26 вольтам – зеленоватое, наконец, при 28 вольтах наблюдалось даже фиолетовое свечение.

При свечении «II» проводимость контакта меньше при том направлении тока, при котором свечение менее интенсивно. Направление униполярной проводимости у точек, дававших свечение «II», было противоположно направлению униполярной проводимости в точках со свечением «I». При свечении «II» светящаяся поверхность кристалла выходила за пределы места касания с контактной проволокой.

Оба вида свечения («I» и «II») получались не на всех сортах карборунда, а только с карборундом, имевшим крупнокристаллическое строение, лиловато-синего цвета или серо-лиловатого цвета; кристаллы карборунда прозрачные и зеленовато-серого цвета, мелкозернистого строения давали только свечение «I».

Лосев установил замечательный факт: оба вида свечения не сопровождались повышением температуры; оно было «холодным свечением». Весьма простым опытом Лосев показал, что температура электродов практически не повышается по сравнению с комнатной: капелька бензина на светящейся поверхности долго (также как на других поверхностях в комнате) не испарялась.

Новые данные о свечении карборунда, сопоставленные с его детектирующим свойством, дополнили предыдущие исследования Лосева. Сначала он излучал только свечение «I», и поэтому ему не удалось наметить аналогии его со свечением, наблюдаемым под воздействием катодных лучей (катодолюминесценция). Повторив свои опыты с катодолюминесценцией в пустотной трубке, Лосев установил, что под действием ударов электронов наблюдалось свечение с цветами от оранжевого до фиолетового, очень близко напоминавшее свечение «II» в контакте.

Лосев визуально наблюдал спектр свечения карборунда при катодолюминесценции, который оказался сплошным, то есть содержащим все цвета от красного до фиолетового. Красный цвет несколько выделялся, как у свечения «I» так и у свечения «II». С увеличением напряжения на зажимах детектора относительная яркость спектра свечения «II» частично изменялась; яркость увеличивалась преимущественно в области коротких световых волн. Этот факт представлял особый интерес, так как позволял устанавливать энергетическое соотношение между подаваемой на детектор электрической мощностью и световой отдачей. Увеличение яркости при коротких световых волнах соответствовало излучению более мощных световых квантов.

По аналогии со своими опытами по влиянию температуры на генерирующие точки, Олег Владимирович изучил изменения цвета свечения «II» в зависимости от температуры. Оказалось, что изменение цвета свечения «II» можно получить, нагревая светящуюся поверхность карборундового детектора от постороннего источника тепла. Карборунд не может светиться только под действием температуры (термолюминесценция), «но цвет свечения уже светящегося детектора изменяется с изменением температуры. Увеличение температуры вызывает совершенно закономерно повторимый переход цвета свечения карборунда от оранжевого к фиолетовому; уменьшение температуры давало противоположный переход цветов свечения». Влияние температуры, впрочем, могло сказаться на изменении (уменьшении) сопротивления детектора и на возрастании, вследствие этого, тока, протекающего через детектор.

Для уточнения этого положения Лосевым были поставлены специальные измерения, из результатов которых он составил таблицу:

При увеличении силы тока в детекторе путем повышения его температуры с 74 mA до 110 mA, цвет свечения изменяется с желтого до лилового. Увеличение же силы тока за счет увеличения напряжения на зажимах детектора с 74 до 110 изменяет желтый цвет свечения только в светло-желтый. Из этих экспериментов уже можно было уверенно заключить, что «причиной изменения цвета не является температура» карборунда. Одно нагревание не приводит к свечению, если кристалл не светился до нагревания. Заметной ионизации воздуха вблизи контакта у свечения «II» не удалось обнаружить (по изменению времени разряда электрометра, см. гл. IX, рис. 33).

Специальными экспериментами Лосев установил, что раскалывание кристаллов карборунда также сопровождается свечением (трибо-люминесценция), которое можно наблюдать в темноте.

Свечение карборунда так же, как детектирование, или как генерирование цинкита зависело от выбора точек контакта. Лосев, изучая под микроскопом эти точки, установил, что «свечения («I» и «II») чаще всего возникают тогда, когда контактная проволочка касается острых ребер или изломов кристалла, или когда касается кристалла острый край проволочки». Иными словами, при местном увеличении градиента напряжения или увеличении плотности, протекающего через точку касания  тока..

При увеличении силы тока (свыше 50 или 70 mA) в некоторых случаях начинают светиться не только контакты, но также места соприкосновения между собой отдельных мелких кристалликов в толще куска карборунда. Интенсивность этого свечения зависит также от направления тока (рис. 56).


56.  Свечение распространяется внутри кристалла.

Представляло большой интерес изучить, насколько быстро возникает и затухает свечение карборундового контакта. Исследование «инерционности» было важно как для выяснения природы свечения, так и для определения возможности его практического применения. Эта экспериментальная задача должна бала быть решена простейшим путем при тех ограниченных средствах, которыми в те годы располагала лабораторная техника. Лосев разработал специальную методику исследования. Он производил питание карборундового контакта переменным током высокой частоты. Для получения яркого свечения силу тока, проходящего через детектор, нужно было доводить до 0,2 ампера (при напряжении 24-28 вольт). Изменяя частоту тока примерно от 50 до 200.000 периодов в секунду, можно было проверить частоту появления отдельных вспышек свечения. Для этой цели Лосев рассматривал свечение во вращающемся зеркале, позволявшем различать отдельные вспышки. Подбирая частоту переменного тока и скорость вращения зеркала, удалось различить отдельные вспышки даже при частоте свыше 20.000 периодов в секунду. Кроме того, было установлено, что длительность промежутков между вспышками несколько больше длительности самих вспышек. Этими опытами было доказано, что свечение («II») карборунда имеет весьма незначительную инерцию (оцениваемую 10-5 секунды).

В конце 20-х годов в ряде лабораторий, в частности и в Нижегородской Радиолаборатории, велись подготовительные работы к передаче на расстояние изображений, предшествовавшие современному телевидению. Для этих работ были крайне необходимы такие источники света, в которых световые вспышки следуют безинерционно за переменным током, питающим эти источники. Известно много патентов и авторских свидетельств на изобретения, предлагавших или такие источники или соответствующие способы быстрого прерывания (модуляции) световых потоков от обычных интенсивных световых источников. Практическая безинерционность свечения карборунда навела Лосева на мысль о применении этого свечения для передачи изображений. Он рассматривал свечение «II» как миниатюрное и простейшее световое реле и пытался зафиксировать его работу на движущейся фотопластинке. При мощности электрического тока через детектор 6,4 ватта он изменял длительность свечения от 20 секунд до 1/300 секунды. Светлую точку на снимке легко было обнаружить даже при 1/100 секунды (рис.57), отсюда следовало, что «фотографически можно записывать переменный ток частоты порядка 100 пер/сек». Таким образом, было установлено, что свечение «II» более пригодно для светового реле, ибо «оно может дать большую силу света и яркость по сравнению со свечением «I». Световое реле для быстропишущего телеграфного или для телефонного приема и для передачи изображений на расстояние послужило предметом соответствующего авторского свидетельства, выданного Лосеву.



57.  Фотографии светящейся точки на кристалле при различной длительности свечения.

Включение светового реле производилось по схеме (рис. 58). В этой схеме Е - приемник-усилитель высокой частоты, Т - автотрансформатор высокой частоты, D - светящийся карборундовый детектор, в цепь которого включена батарея В, дающая на время продолжительности сигналов добавочное усиление действия реле.



58.  Патент и схема светового реле.

Надо заметить, что в то время фотографическая техника далеко не достигала тех возможностей, которые она дает в руки экспериментатора и инженера в настоящее время, когда чувствительность фотоматериалов увеличилась в 1000 раз, а качество фотообъективов дошло почти до пределов, определяемых теоретическими расчетами. Было бы весьма интересно воспроизвести световое реле Лосева и испытать его инерционность в новых условиях. Указанные выше скромные практические предложения, приходившие в голову Лосеву и возможные в то время, отнюдь не исчерпывали значения исследований светящегося детектора. Наибольший интерес представляли эти опыты потому, что они открыли новый путь исканий для уяснения физических процессов в точках контактов, которыми обусловлены детектирование и генерирование в кристаллах.

Было установлено, что при напряжении на зажимах детектора «ниже двух вольт, в нормальных условиях детекторного контакта, невозможно наблюдать какое-либо видимое свечение». Отсюда следовало, что энергии электрона, при прохождении разности потенциалов меньше двух вольт, недостаточно, чтобы вызвать появление кванта видимого света.

Сначала Лосев предположил, что свечение карборунда можно уподобить излучению рентгеновских лучей в разрядной трубке. Как для получения рентгеновских лучей электроны, приобретая в электрическом поле значительную кинетическую энергию, должны ударяться о металл (антикатод), так для получения видимого свечения в детекторе электроны должны пройти через активные места контакта, где происходит падение потенциала, и отдать приобретенную энергию в толще полупроводника. В зависимости от рода металла (антикатода) и скорости электронов возбуждаются рентгеновские лучи различной частоты.  Подобно этому и частота световых колебаний в свечении возрастает при возрастании разности потенциалов на контакте. Лосев пишет уравнение для наименьшей частоты (наибольшей длины волны красного света l=7.600 Å) и вычисляет необходимую для ее возбуждения энергию электронов. Она оказывается равной Uan=hnk/e=1,62 электрон-вольт.

Необходимость дополнительного напряжения в 0,33 вольта для появления красноватого свечения Лосев приписал падению напряжения на сопротивлении кристалла при протекании по нему тока. Расчет величины напряжения на основании квантовой теории давал достаточно хорошее совпадение с опытом, но все же аналогия между возникновением свечения и рентгеновскими лучами была лишь поверхностной, и Лосев считал, что вероятнее было предположить, что свечение, «по-видимому, происходит не от превращения в световые кванты энергии первичных электронов, но вследствие флюоресценции вещества кристалла».

Лосев даже попытался найти более обоснованное объяснение свечения, в духе последнего предположения. Если контактная проволочка служила катодом, контакт обнаруживал меньшую проводимость; это наблюдалось у точек карборундового кристалла, дающих свечение «I». При свечении «II» у катода налагается влияние явления увеличения проводимости ближайшего слоя толщи кристалла вследствие увеличения числа электронов проводимости. Это явление в близком контактном слое и приводит к изменению направления униполярной проводимости на обратное. По результатам подсчета площадей свечения и падения напряжения на активном месте контакта Лосев вычислил градиент потенциала (изменение потенциала на 1 см длины пути тока). Градиент потенциала в активном слое контакта карборунда оказался равным 10.000 вольт на см, что исключает возможность больших площадей контакта. Кроме этих соображений и других особенностей протекания тока через контакт проволочки с кристаллом, предыдущие опыты показывали на необходимость существования лишь малых площадей контакта у детектора.

Олег Владимирович придавал своим исследованиям свечения карборунда очень большое значение; он стремился привлечь к ним внимание других исследователей, надеясь, что коллективная работа людей разного склада мыслей быстрее приведет к успешному разрешению трудной физической проблемы. В разных журналах он опубликовал 5 статей, посвященных этому явлению. В этом большую поддержку он встречал со стороны своего первого учителя В.К. Лебединского.

Олег Владимирович намечал расширенную программу новых тонких экспериментов, однако, осуществить их в Нижнем Новгороде уже не удалось. Мощное развитие радиосвязи в Советском Союзе изменило все направление работы Радиолаборатории и поставило перед ней новые очередные задачи.

Обсуждались многочисленные возможности реорганизации Радиолаборатории. Архитекторы подготовили проект нового здания - Радиоинститута, в который должна была преобразоваться Радиолаборатория. Неясно было, где это здание должно строиться. Ходили различные слухи о возможности переезда в Москву и в Ленинград.

К ноябрю стало известно, что Нижегородская Радиолаборатория соединится с Центральной Радиолабораторией Треста слабых токов и будет переведена в Ленинград.

Большинству сотрудников не хотелось покидать привычной обстановки Радиолаборатории, с работой, в которой были связаны все их интересы и чаяния. Многие покинули Радиолабораторию и перешли в другие учреждения Нижнего Новгорода или уехали в Москву.

0.В. Лосев решил не покидать основного коллектива, в котором он вырос, и переехал вместе со своими друзьями в Ленинград, в Центральную Радиолабораторию. Совместно с другими сотрудниками он принял деятельное участие в отборе и упаковке лабораторного имущества и вдумчиво готовился к работе в новых условиях. Завершался большой этап его жизни: начав с юношеского увлечения радио и радиолюбительских опытов, он стал самым юным сотрудником Радиолаборатории, а затем самым известным радистом среди радиолюбителей всего мира. Он прошел все эти ступени и уезжал из Нижнего Новгорода как сложившийся научный работник и инженер с широким кругозором, умеющий проводить тонкие эксперименты, обладая уже накопленным запасом новых оригинальных научных идей.

Оглавление базы знаний о О.В. Лосеве