Книга о людях, изменивших мир

Ник Холоньяк

«Магический прибор» и его изобретатель

Лауреат премии «Глобальная энергия» 2003 года

Светодиод Ника Холоньяка – прекрасный пример того, как талант и любознательность одного человека могут изменить целый мир

Включая утром кофеварку, проверяя почту в телефоне, нажимая кнопку вызова лифта, рассматривая рекламные вывески по дороге на работу – мы видим это великое изобретение везде и постоянно используем его в обыденной жизни. И этот свет так знаком и привычен, что большинство из нас даже не задумывается, а что, собственно, там светится?

Светодиод – прекрасный пример того, как талант и любознательность одного человека могут изменить целый мир. Всего 55 лет назад в руках профессора Ника Холоньяка впервые загорелся новейший источник света.

Академик РАН Борис Петрович Захарченя, рассказывая о своей встрече с Холоньяком, вспоминал: «Белоснежная рубашка, галстук-бабочка, короткая стрижка по моде 60-х годов и, наконец, спортивная фигура (он поднимал штангу) делали его типичным американцем. Это впечатление ещё более укреплялось, когда Ник говорил на своём родном американском языке. Но вдруг он переходил на язык своего отца, и от американского джентльмена ничего не оставалось. Это был не русский язык, но удивительная смесь русского с русинским (близким к украинскому), сдобренная солёными шахтёрскими шуточками и крепкими крестьянскими выражениями, усвоенными от родителей. При этом профессор Холоньяк очень заразительно смеялся, на глазах превращаясь в озорного русинского парня».

Холоньяка называют «человеком, превратившим науку в свет». Изобретатель светодиода и обладатель более 30 патентов. Среди них полупроводниковый лазер с красным излучением, обычно называемый лазерным диодом (используемый в CD и DVD-плеерах и сотовых телефонах), квантовый полупроводниковый лазер (используется в волоконной оптике) и короткозамкнутый эмиттерный pnpn-переключатель (используемый в световых диммерах и электроинструментах).

За свои открытия Ник Холоньяк был награжден президентами США Джорджем Бушем старшим, Джорджем Бушем младшим, императором Японии Акихито и российским президентом Владимиром Путиным. В 2003 году Ник Холоньяк стал одним из трех первых лауреатов премии «Глобальная энергия» «за изобретение первого полупроводникового светодиода видимого света и вклад в создание кремниевой силовой электроники».

А между тем, Ник и его сестра были первыми в семье, кто получил школьное образование.

Родители Холоньяка эмигрировали в США из Закарпатья, и, вспоминая их, он говорит, как удивительно, что родившись в одной части Европы, они встретились через многие мили в другой стране.

Семья жила бедно, отец много и тяжело работал на угольной шахте, мать вела домашнее хозяйство. Они были необразованными, но единодушно считали, что дети непременно должны учиться. В районе угольных шахт Южного Иллинойса тот, кому удавалось выучиться до уровня школьного учителя, адвоката или служителя церкви, считался счастливчиком. Отец даже хотел отправить Ника на каникулы в Россию, чтобы учить русский язык у священника.

Ника с детства привлекала наука, книги, которые он выбирал для своего чтения, были так или иначе с ней связаны, физика, математика и естественные науки казались ему очень логичными и естественными. Как настоящая жизнь, в которой всегда что-то создается. Он постоянно видел, как делаются руками разные вещи. Во дворе дома всегда что-то ремонтировалось, собиралось, разбиралось, отец пилил, забивал гвозди, чинил инструменты…

«Понимаете, это физический мир – делать вещи из дерева, из резины, из железа, из чего угодно, – рассказывал он много позже. – Это были бедные люди, они не нанимали плотника или кого-то еще. Они делали все для себя. Так что молоток, гвозди, другие инструменты для ремонта – и вы делаете это сами».

В шесть лет отец подарил Нику перочинный ножик со словами: «Если хочешь чего-то, просто сделай это». Холоньяк смеется, рассказывая, как сразу порезал себе почти все пальцы, но говорит, что эти слова он запомнил на всю жизнь.

«Я стремился к созиданию с детства, потому что знал, вы создаете и строите то, что вам нужно и чего вы хотите, – объяснял он. – Вы задумываете это. Вы видите это. Вы понимаете это. Вы видите способ сделать это, и вы делаете это».

Видя бедственное положение родителей, Ник чувствовал, что не имеет права тратить их деньги, и старался подработать, где только мог. Собирал мусор, сдавал макулатуру, стриг траву на лужайке ближайшего загородного клуба, а в 15 лет даже попытался устроиться на военную службу, солгав о своем возрасте, но не прошел проверку.

На железной дороге контроль был не таким строгим, да и работники были очень нужны, поэтому Ник проработал там три лета подряд – в 1944, 1945 и 1946 годах. 10 часов в день, 6 дней в неделю, 65 центов в час.

Однажды дорогу сильно размыло, и рабочим пришлось трудиться 33 часа подряд без обеда и перерыва. Вернувшись домой невероятно уставшим, Ник подумал, что это не жизнь, а выживание, и это совсем не то, чего он хочет в жизни.

И он задумался об Иллинойском университете, который как раз открывал свои двери в городе неподалеку. Все накопленные деньги Холоньяк потратил на обучение, но их все равно не хватало, и в первые годы учебы ему пришлось подрабатывать на сталелитейном заводе и помогать отцу с ремонтом окрестных домов.

В университете Иллинойса в Урбана-Шампейн Ник встретился с бешеной конкуренцией. Группы были переполнены, как и листы ожидания. Не соответствуешь определенным стандартам, не выдерживаешь темпа – и на твое место тут же приходит другой. Однако Ник с успехом проходил все необходимые курсы, и когда появилась возможность стать первым аспирантом Джона Бардина (дважды нобелевского лауреата в будущем), он совершенно не сомневался в себе. К тому же он считал, что учиться у изобретателя транзистора будет для него невероятно полезно, ведь это была как раз та сфера науки, где он хотел бы работать.

«Практические занятия в нашей группе не вызывали у меня никаких сложностей, – вспоминал он. – Поэтому, когда оказалось, что я могу перейти в лабораторию Бардина, у меня не было никаких опасений по этому поводу. Ему нужны были люди с исследовательскими способностями и лабораторным опытом, потому что мы собирались заниматься странными вещами. На самом деле мы начинали в голой комнате. Мы должны были построить все – стенды, всю аппаратуру. Но наша картина начиналась с чистого листа».

Джон Бардин был прекрасным руководителем, с «неформальной отцовской манерой», и Холоньяку было очень комфортно с ним работать. «Он каждый день приходил в лабораторию, чтобы посмотреть, что мы думаем, что делаем, – рассказывал доктор Холоньяк. – Интересовался, с какой идеей мы работаем, имеет ли она какой-либо смысл, имеет ли она какую-то ценность, какие проблемы мы пытаемся решить, над чем работаем, а также достаточно ли у нас средств, есть ли ассистенты и получили ли мы необходимые материалы».

Несмотря на то, что Бардин был теоретиком, он понимал, что мир состоит не только из символов и идей, не пренебрегал фактами и исследованиями, и это прекрасно сочеталось с умением Холоньяка работать в лаборатории.

Когда Ник получил степень магистра в 1951 году, в Иллинойском университете был запущен ILLIAC (ранний компьютер, построенный по договору с лабораторией баллистических исследований армии США), и его пригласили для работы с ним. В этот момент он и сделал окончательный выбор в пользу физики электронных устройств, оставшись в лаборатории Бардина.

«Это похоже на кусок дерева. А вы резчик, – о своей работе доктор Холоньяк рассказывает весьма поэтически. – И вы видите что-то в этом куске дерева, что не видят остальные, вы видите что-то, что собираетесь из него сделать. И когда я пришел к работе с полупроводниками, я подумал, что это место, где я могу что-то сделать новое, здесь есть шанс для изучения, и это большая возможность».

Доктор Холоньяк окончил университет с отличием и тремя предложениями о работе – от Texas Instruments, General Electric и Bell Labs. Несколько дней он раздумывал и менял свое мнение, но, в конце концов, принял решение в пользу Bell Labs.

Во всех своих интервью он называет этот шаг одним из самых правильных в своей жизни. Именно здесь началась его работа с кремнием. До этого доктор Холоньяк два года работал с германием в лаборатории Бардина, а кремний – новый материал, и для работы с ним нужны были новые методы и технологии. Именно то, что всегда привлекало его – творчество, создание чего-то нового, лучшего. Здесь началась его работа с Джоном Моллом, которого он называет героем и человеком, стоящим у самых истоков сегодняшней Кремниевой долины.

«Именно Джон Молл был капитаном, – вспоминает ученый. – Он сказал: «Эти должен быть кремний, мы можем это сделать, мы разработаем это».

Под руководством Молла группа работала над одним проектом, но каждый делал свое дело. И это действительно была очень плодотворная работа, в ходе которой они многие вещи делали первыми. Однако исследователи допустили ошибку, не опубликовав большую часть своих «лабораторных хитростей». Они были так сосредоточены на деле, что, как рассказывает доктор Холоньяк, и не подумали об этом: «Сегодня я уверен, что люди опубликуют большую часть того, что мы не опубликовали в то время. И потом, когда вы видите то, что делает кто-то другой, вы говорите: «Подождите минуту. Мы ведь уже проходили этой дорогой».

Да и в самой организации все было не так радужно. Еще студентом Ник Холоньяк боялся того, что в будущей работе ему придется исследовать не то, что он как ученый считает нужным и важным, а то, что перспективнее с точки зрения бизнеса. И вот он увидел это воочию. Новый начальник Джек Мортон оказался сложным человеком, считающим свое мнение единственно верным лишь потому, что это позволяла его должность: «Я никогда не видел такого в общении с Бардиным. Его реакция была: «Давай посмотрим, что можно сделать» и он никогда не вошел бы и не сказал: «Прекрати то, что ты делаешь». Джек мог зайти и сказать: «Оставь то, чем ты занят. Я хочу, чтобы ты занялся вот этим».

Несмотря на то, что Джон Молл все же отвоевал свой проект, Ник Холоньяк после возвращения из армии в 1957 году присоединился к другой исследовательской команде – в General Electric.

Новый босс оказался хорошим человеком, но совершенно далеким от науки, и первые несколько месяцев это очень беспокоило Холоньяка. Он паниковал от того, что ему приходилось работать с человеком, который знает гораздо меньше его самого, и боялся, что совершил величайшую ошибку, перейдя на новую работу. Но начальник оказался прекрасным менеджером, и очень облегчал взаимодействие исследовательской группы с другими людьми. Холоньяк с головой погрузился в работу, одно исследование перетекало в другое, и теперь он говорит о времени в General Electric как о лучших шести годах в своей жизни.

В то время ученые и инженеры компании уже работали над применением полупроводников и над созданием предшественников современных диодов, называемых тиристорами и выпрямителями. Дух соперничества заставил Холоньяка посмотреть на проблему с другой стороны. В то время как ученый компании Роберт Н. Холл работал над созданием полупроводникового лазера инфракрасного диапазона на основе арсенида галлия, Холоньяк трудился над созданием светодиода, излучающего свет в видимой части спектра на основе фосфида арсенида галлия. Холл использовал метод полирования для образования лазерных зеркал, в то время как Холоньяк пытался создать зеркала методом скалывания. «Если они смогли сделать лазер, я могу создать что-то лучше, чем лазер, так как я сделал структуру, излучающую в красном спектре. И я намеревался пойти дальше. А они застряли в изучении инфракрасного диапазона», – рассказывает он.

9 октября 1962 года Холоньяк стал первым человеком, который разработал полупроводниковый лазер видимого диапазона – прибор размером меньше мелкой монетки стал первым светоизлучающим диодом видимого свечения. – Это было невероятное открытие, и коллеги незамедлительно назвали светодиод «магическим прибором». Один из них написал это на крышке контейнера для пилюль, в которой Ник Холоньяк и сейчас хранит тот самый, первый светодиод.

Уже тогда, когда его «магический прибор» зажегся впервые, Холоньяк понял, что это изобретение – начало чего-то гораздо большего. Ему было чем гордиться: «Я знал, что находился в самом начале пути, и при этом осознавал, что полученный результат имеет очень мощную силу. Не было сомнений в том, что у этой технологии огромный потенциал».

И это правда. Сегодня светодиоды освещают наши дома и машины, смотрят на нас из монитора компьютера и экрана телефона. Их используют в оборудовании для микрохирургии. Маленькая лампочка превратилась в целые светодиодные системы, которые сейчас используют и для уличного освещения, и для создания огромных экранов на стадионах и площадях.

Масштаб применения светодиодов только увеличивается, ведь в сравнении с другими источниками света, например, лампами накаливания, они в десятки раз экономичнее и долговечнее, они надежны и не содержат веществ, вредных для экологии.

Это действительно «наука, превратившаяся в свет». И сегодня, спустя более 50 лет, профессор Холоньяк рассказывает об этом с таким же энтузиазмом и задором, с каким работал в то время: «Я не буду жить достаточно долго, чтобы увидеть, как светодиоды заменят все существующие источники света, но это происходит. И происходит в геометрической прогрессии».

Однако тогда, в 1962 году, многие не верили в перспективность изобретения доктора Холоньяка, и в 1963 он решил уйти из промышленности и вновь присоединиться к тому, кто всегда верил и поддерживал его – Джону Бардину, чтобы продолжить свои исследования вместе с ним в Иллинойском университете.

«Если вы спросите меня, что я считаю самым большим событием в Иллинойсе, я скажу – это то, что я был знаком с самыми лучшими, яркими молодыми людьми, которых вы могли бы себе представить, – рассказывает он. – Плюс те годы, которые я провел, работая вместе с Бардиным. Там были вещи еще более грандиозного масштаба. Были и другие вещи, обычная академическая политика и другая политическая чепуха, кому это нужно. Другими словами, это не чистое, идеальное, нетронутое место, даже не близко. Но это место, где можно было многое сделать».

После возвращения в Иллинойс у Холоньяка было много предложений из других университетов и причем гораздо более высокооплачиваемых. Но для него это никогда не было вопросом денег. Ему всегда было важнее стремиться к звездам и не быть ограниченным рамками бизнеса: «Меня это не волнует, я не разбогател от этого. Суть не в этом, а в том, чтобы делать то, что мы делаем, и пытаться сделать что-то новое и творческое, и чтобы это было весело».

Доктор Холоньяк прожил со своей женой Екатериной 51 год, и все эти годы она была ему надежной опорой. Друзья говорят, что он не смог бы добиться таких успехов в карьере без ее поддержки. Своих детей у них не было, но он называет детьми своих учеников. А их было 60!

Студенты тоже вспоминают его с теплотой и говорят о том, что обстановка в лаборатории была практически семейной: «Мы сделали бы все для Ника. И чувствовали, что он сделает все для нас».

Холоньяк был увлеченным учителем, он заражал своим энтузиазмом студентов, вдохновлял их, и никому не хотелось в 6 часов уходить домой, если не был закончен эксперимент. В отличие от многих других преподавателей, он любил студентов, задающих трудные вопросы, мыслящих инновационно и креативно. Профессор всегда говорил, что творчество начинается задолго до того, как студенты ступают в лабораторию, оно начинается с отказа от того, что вас останавливает, с решительного шага вперед: «Делайте какие-то заметки, диаграммы, делайте что-то. Если то, что вы делаете, вызывает вопросы, делайте это лучше, даже если это что-то элементарное, маленькое. Делайте что-то маленькое, потому что, если вы сделаете что-то маленькое, потом вы сможете делать больше, и больше, и больше».

Не меньше, чем своим научным талантом, Холоньяк удивлял окружающих своей отменной физической формой. Он поднимал штангу, мог пройти через весь теннисный зал на руках или легко взобраться по канату без помощи ног.

Но не только профессор удивлял своих учеников, в 1977 году они вместе удивили весь научный мир, объявив, что могут продемонстрировать первый полупроводниковый лазер с квантовыми ямами. Этот новый тип лазера излучал очень концентрированный свет при использовании минимума энергии, а его оптический сигнал был в 40 раз больше, чем у других лазеров.

Небольшая группа студентов сделала серьезный прорыв, который не смогли осуществить огромные, хорошо финансируемые корпорации. Коллеги из Bell Labs даже не удержались и навестили лабораторию Холоньяка в Иллинойском университете, и не могли поверить, что именно здесь можно было совершить такое открытие.

А профессор и его ученики продолжали постоянно одерживать маленькие победы, и каждый их новый лазер был более практичным и надежным.

Ник Холоньяк для своих студентов – действительно достойный пример, его имя даже стало нарицательным. Они говорят «путь Ника» (Nick way), когда имеют в виду его отношение и вдохновение, мир идей, который он открыл для них, его философию, его горячее желание изучать вещи и делать их лучше.

А сам профессор Холоньяк объясняет просто: «Я считаю, это важно. Если ты можешь делать что-то – делай это! Мы все счастливчики, что мы существуем на первом месте. Хотел ли я изменить что-то, чтобы моя жизнь была более интересной? Нет, я не мог бы, ни за что».

Сегодня профессор Холоньяк больше не преподает, но каждый его день занят исследованиями.

«Из-за ошибок, которые я совершил в жизни, мое тело говорит: «Ты не можешь делать то, что делал раньше», – рассказывает он. – Но мой разум все такой же беспокойный, как и раньше, он все еще видит проблемы и вещи, которые можно сделать. К счастью, эти молодые люди способны на многое с некоторыми инструментами, компьютерными методами, и вот этим всем. Но опыт, знания, воображение – это то, чем мы отличаемся друг от друга. Я никогда не перестану думать, что делать, мой мозг продолжает работать. Мое тело жалуется, но мой разум продолжает работать».

Наверное, в этом и заключается «путь Ника» – постоянно искать что-то новое, интересное, что можно изучить, понять и, начав с малого, превратить во что-то очень большое.

Ян Дуглас Смит

Генератор молний и золотая рыбка

Лауреат премии «Глобальная энергия» 2003 года

Ян Смит и заря импульсной энергетики

Импульсную энергетику называют энергетикой будущего, хотя исследования в этом направлении проводятся с середины прошлого века. Фантастическая мощность, сосредоточенная в электрическом «выстреле», создает множество возможностей, которые сейчас повсеместно изучаются и исследуются. И не случайно первыми лауреатами премии «Глобальная энергия» в 2003 году стали российский физик Геннадий Месяц и его коллега, американский ученый британского происхождения Ян Дуглас Смит, которые получили свои награды именно «за фундаментальные исследования и разработку мощной импульсной энергетики».

Ян Смит известен в мире как авторитетный специалист в области мощной импульсной и мегавольтной коммутационной энергетики, техники изоляции. К его заслугам относят анализ электрического пробоя больших пакетов вакуумных изоляторов, установление ряда закономерностей пробоя в масле, воде и твердых диэлектриках, разработке конструкции трансформаторов, позволяющих исключить потери в линиях электропередач. Под его руководством созданы многоканальные мегавольтные газовые и масляные переключатели и ряд систем сильноточной энергетики. Он также внес заметный вклад в технику генерирования наносекундных электрических импульсов многотераваттной мощности.

За этими скупыми строчками – яркая жизнь азартного исследователя, который проводил, по его признанию, дни и ночи не на конференциях или в библиотеках – а в лабораториях, где пробовал, изучал, не знал ответа, ошибался и добивался результата.

Ян Смит родился в Англии, в графстве Хэмпшир, и был самым младшим из троих детей. По его словам, у него не сохранилось никаких воспоминаний о предвоенных годах, до сентября 1939 года, и потому в детстве война казалась ему обычной жизнью. Он не помнил – как это жить без войны. Дом, где жила его семья, находился всего в нескольких сотнях метров от Королевского авиационного научного центра (Royal Aircraft Establishment), и впоследствии, уже в мирное время, это место прославилось одним из крупнейших в мире авиашоу. Но в войну жизнь поблизости от такой очевидной цели вражеских налетов означала много-много ночных бомбардировок, проведенных под столом в обеденном зале. «Настоящее бомбоубежище, – пишет Ян Смит, – на вкус нашей семьи, было слишком сырым и холодным».

Семье повезло, окрестности дома не пострадали, и больше всего в те годы семья волновалась по поводу старшего брата, который служил на флоте, пока он не вернулся домой в 1945 году.

Ян Смит признается, что трудности военного времени и нормирование продуктов были для семьи немного смягчены тем, что родители работали в продуктовом магазине. Однако жили голодно, и самые яркие послевоенные воспоминания – о бананах, мороженом и первых каникулах на море.

К морю семья и переехала, когда родители вышли на пенсию. Поселились в маленькой деревушке на восточном побережье. Яну было тогда тринадцать. После двух лет в гимназии Фарнборо для мальчиков, где курсанты занимались строевыми упражнениями и изучали винтовки и пистолеты, средняя школа округа Клактон, по его воспоминаниям, оказалась более приятным местом, потому что там учились и девушки.

Когда Ян подрос, основным увлечением вне школы стал спорт. Он рассказывал: «Я унаследовал любовь моего отца к спортивным играм, хотя и не его навыки – в свое время он завоевывал медали победителя Кубка любительской футбольной ассоциации, и, согласно нашей семейной легенде, завоевал сердце моей матери, выполняя хет-трик в матче по крикету». Ян же, по его самокритичному признанию, играл на гораздо более скромном уровне в футбольной команде зимой и в крикетной – летом. Тем не менее, обе команды занимали неплохие позиции в местных лигах. Его другие приятные воспоминания о школьных годах относятся к тому времени, которое он проводил в Лондоне в доме брата Брюса и его жены Сильвии. Вместе с ними он ходил на крикетные матчи, в музеи и на концерты. В подростковом возрасте полюбил классическую музыку, и эта любовь осталась на всю жизнь.

В школьные годы он много читал, и, благодаря чтению и отличным учителям, заинтересовался естественными предметами. А разговоры с лучшим другом Колином о звездах, которые мальчики рассматривали в телескоп, добавили к увлечениям еще и астрономию. Однако учителя его в этом не поощряли, потому что карьера астронома тогда не казалась многообещающей и захватывающей.

Семья Яна Смита жила скромно, и карманные деньги на свои нужды он зарабатывал, развозя продукты в корзинке «торгового велосипеда», но мать каким-то образом убедила отца поддержать сына, чтобы он продолжал учиться в старших классах, а затем попробовал поступить в университет.

Ян окончил школу в 1956 году и получил стипендию, которая позволила ему поступить в Колледж Св. Иоанна в Кембриджском университете. У «Св. Иоанна» тогда была хорошая научная репутация в науке, в то время там работали знаменитые ученые Пол Дирак и Фред Хойл.

В 1959 году он получил степень бакалавра по физике. Гораздо позже он посчитал свой выбор после Кембриджа удачным, тогда же он казался просто случайным. Астрономия отпала, хотя один их преподавателей, Мартин Райл, позднее Королевский астроном, был одним из тех, благодаря кому астрономия снова становилась захватывающим полем для исследований. Другой наставник попытался заинтересовать его прообразами компьютеров, но эта идея оставила равнодушной.

Большинство его друзей в колледже, как он вспоминает, тогда мечтали остаться в Кембридже и получить докторскую степень. В Кембридже в те дни на это требовалось всего два года. Но Ян почувствовал желание заняться практической деятельностью. Он прошел собеседование на должность сотрудника в лаборатории Калхэма (Culham Laboratory), и своими глазами видел, как строители роют котлован будущего здания для термоядерного реактора. Тем не менее, на работу его не взяли, хотя это было как раз удачей, потому что тот проект так и не был реализован.

Таким образом, его первой работой стала Научно-исследовательский центр по атомному оружию (AWRE) в Олдермастоне. Выбор был определен двумя вещами: там работал небольшой ускоритель, а в то время его уже заинтересовали ускорители, и он мог жить в Рединге, всего в 35 минутах езды на поезде из Лондона. В Рединг Ян переехал уже с семьей: незадолго до этого он женился на своей первой жене Маргарет Кемп.