История кафедры физической электроники
Научной основой, на которой выросла кафедра, явились классические работы выдающихся профессоров Московского университета А.Г. Столетова по фотоэффекту, П.Н. Лебедева по колебаниям и волнам и, наконец, работы С.А. Богуславского по кинетике элек-тронов в электрических и магнитных полях.
Со дня основания кафедры в 1931 г. по 1966 г. кафедрой заведовал ее основатель - ученик П.Н. Лебедева профессор Н.А. Капцов.
Николай Александрович Капцов (03.02.1883 – 10.02.1966) окончил физико-математический факультет Московского государственного университета в 1904 году с дипломом Первой степени. В течение последующих двух лет он работал в лаборатории Петра Николаевича Лебедева, готовясь к получению профессорского знания. Его исследования были посвящены дифракции волн.
В 1906 году Николай Александрович был призван в армию по мобилизации, а по завершению службы посвятил себя развитию торгово-промышленного предприятия семьи. В 1914 году был опять призван в армию. В декабре 1917 года Н.А. Капцов был демобилизован из-за близорукости и смог вернуться к занятиям физикой.
Исследования этих лет были посвящены генерации ВЧ колебаний в триоде. В частности, в его расчетах было обнаружено явление фазовой фокусировки и формирования электронных сгустков в электронном пучке, изучена сравнительная роль колебаний электронов в триоде и внешнего колебательного контура в генерации электромагнитных колебаний. В это время его дипломником был Самсон Давидович Гвоздовер, который в сентябре 1946 года стал первым заведующим отделением радиофизики и электроники.
В 1928 году Николай Александрович, став заведующим электрофизической лаборатории МЭЛЗ, увлекся развитием вакуумной техники, а также электронных и ионных приборов. Тематика этих исследований была настолько важна для развития техники, что в 1931 году сразу после образования физического отделения МГУ была создана и кафедра электронных и ионных процессов МГУ, которой (под разными названиями) он заведовал до 1966 года. В довоенный период кроме С.Д. Гвоздовера в лаборатории Н.А. Капцова дипломные работы выполняли Г.В. Спивак и Э.М. Рейхрудель. Под руководством и по инициативе Николая Александровича на кафедре были выполнены фунда-ментальные исследования пробоя в газе в постоянном и переменном полях и практически для всех типов газового разряда – разряда с накаленным катодом, тлеющего, коронного, (разработаны электрофильтры), высокочастотного и сверхвысокочастотного разрядов, разряда в вакууме и при сверхвысоком давлении. Он руководил исследованиями по термоэлектронной, вторичной, фотоэлектронной и экзоэлектронной эмиссии.
Николай Александрович возглавлял комиссии по оборудованию факультета и по защите лабораторий от электромагнитных помех при строительстве Нового здания Московского университета. В Московском университете читал курсы: «Электрические явления в газах и вакууме», «Электроника», «Радиофизическая электроника». Доктор наук с 1935 г., ученая степень присуждена без защиты диссертации [1]. Награжден орденами Ленина (1953), «Знак Почета» (1940) и медалями «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941-1945 гг.» (1946), «В память 800-летия Москвы» (1948). Заслуженный деятель науки и техники РСФСР (1964). Н.А. Капцов подготовил свыше 20 кандидатов наук. Основные труды: «Электрические явления в газах и вакууме» (2-е изд., М.: Гостехиздат, 1950, 836 с.); «Коронный разряд и его применение в электрофильтрах» (М.: Гостехиздат, 1947, 226 с.); «Электроника» (2-е изд., М.: Гостехиздат, 1956, 459 с.).
В 1966 году кафедру возглавил Григорий Вениаминович Спивак (02.11.1900 – 20.11.1989).
Г.В. Спивак окончил физико-математическое отделение Московского университета в 1927 году. Научной работой с 1926 года занимался в лаборатории Н.А. Капцова. В 1928 – 1929 гг. проходил научную стажировку в Германии (г. Кенигсберг). Его первые работы были посвящены взаимодействию пространственного заряда электронов и положительных ионов. Последующие работы Г.В. Спивака были посвящены изучению обмена энергией между молекулами и стенкой.
Далее была показана существенная роль метастабильных атомов в балансе плазмы и катодных частей разряда, исследованы характеристики разряда в магнитном поле и построена теория электрических зондов в магнитном поле.
Учет функции распределения электронов по скоростям, проводившийся Г.В. Спиваком в исследованиях магнетрона и эффектов магнитного поля в плазме и в вакууме, привел в 1948 г. к разработке общего метода нахождения функций распределения для неравновесных, но стационарных систем при наличии явлений переноса. Функцию распределения можно найти в весьма сложных системах, в которых имеются градиенты температуры, концентрации и действуют одновременно электрические и магнитные поля.
Понимая важность изучения процессов взаимодействия плазмы с электродами и стенками разрядных устройств Григорий Вениаминович начинает разработку электронных микроскопов. Для решения этой задачи в 1947 году создается новая кафедра электронной оптики и осциллографии, которая после переезда факультета в новое здание на Ленинских горах вошла в состав кафедры электроники. В 1949 – 1952 гг. были разработаны электронно-оптические системы, позволяющие получать изображения объектов при атмосферном давлении, а также в условиях газового разряда высокого и низкого давлений. С 1959 г. разрабатываются проблемы контраста изображений разного рода объектов в эмиссионных, зеркальных и растровых системах. По инициативе Г.В. Спивака группой сотрудников на кафедре были начаты исследования распыления твердых тел под действием ионных потоков.
В начале 60-х годов Г.В. Спивак с учениками продолжил разработку нового направления - стробоскопической электронной микроскопии, предназначенной для исследования локальных, периодических во времени, быстропротекающих процессов на поверхностях и в микрообъемах твердых тел. Под его руководством были созданы стробоскопический вторично-эмиссионный, зеркальный, растровый и просвечивающий микроскопы.
Доктор физико-математических наук, профессор (1935). Лауреат Ломоносовской премии I степени (1972). Лауреат премии им. С.И. Вавилова III степени Научно-технического общества приборостроительной промышленности СССР (1962). Награжден Малой золотой (1959) и бронзовой (1960) медалями Выставки достижений народного хозяйства СССР.
Один из авторов открытия явления разрыва доменных границ в процессе импульсного перемагничивания тонких магнитных пленок (совм. с Р.В. Телесниным, О.С. Колотовым, В.И. Петровым и др., открытие № 159, 1975). С помощью растрового электронного микроскопа исследованы лунные грунты, получены снимки, по которым удалось составить картину микроструктуры лунного реголита. Имеет 30 авторских свидетельств.
Подготовил более 50 кандидатов и докторов наук. В Московском университете создал и читал курсы лекций по физической электронике, электронной микроскопии, газокинетическим проблемам. Опубликовал более 300 научных работ. Основные труды: «Электронная микроскопия» (под ред. А.А. Лебедева, М.: Гостехиздат, 1954, 636 с.); «Радиофизическая электроника» (под ред. Н.А. Капцова, М.: МГУ, 1960, 561 с.); «Специальный физический практикум» (т. 1, Радиофизика и электроника, ред., М.: МГУ, 1960, 601 с.); «Практикум по твердотельной электронике» (ред., совм. с В.И. Петровым, М.: МГУ, 1984, 392 с.).
Петров Виктор Иванович. (14.08.1935 – 04.05.2007) Исполнял обязанности заведующего кафедрой физической электроники в 1985 г. Окончил радиотехнический факультет Московского энергетического института (1959). В 1965 г. поступил в аспирантуру физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, после окончания которой работал на кафедре физической электроники. Научные интересы В.И. Петрова были связаны с изучением магнитных материалов с помощью зеркальной, просвечивающей и растровой электронной микроскопии. В 1970 – 72 гг. выполнил цикл работ по исследованию методом стробоскопической электронной микроскопии процессов быстрого перемагничивания пермаллоевых пленок и обнаружил новое явление: разрыв доменных стенок при перемагничивании импульсами наносекундной длительности и большой скважности (в авторском коллективе, упомянутом выше).
В 70-е годы Виктор Иванович переключился на исследования в области полупроводниковой оптоэлектроники и стал одним из основоположников нового направления ─ катодолюминесцентной микроскопии полупроводников при низких температурах.
Доктор физико-математических наук (1990). Профессор (1994). Доцент кафедры физической электроники физического факультета (1982). Лауреат Ломоносовской премии I степени (1972). Член диссертационных советов при МГУ (1990-2000, 2001). В Московском университете читал курсы: «Электронная оптика», «Электронная микроскопия», «Физические основы электронной микроскопии и микроанализа».
Член Научного совета РАН по электронной микроскопии (1969). Член редколлегий журналов «Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования» (1995) и «Известия РАН. Сер. Физическая» (2001). Подготовил девять кандидатов наук. Опубликовал более 160 научных работ. Основные труды: «Электронная микроскопия магнитной структуры тонких пленок» (совм. с Г.В. Спиваком и О.П. Павлюченко, УФН, 1972, 106 (2), 229-278); «Катодолюминесцентная микроскопия» (УФН, 1996,166 (8), 859–871).
В 1985 году кафедру возглавил Андрей Федорович Александров. (30.05.1935). Окончил физический факультет МГУ (кафедру физической электроники, 1959). Руководитель аспирантуры – Н.А. Капцов. Первые научные исследования были посвящены исследованию взаимодействия квазистационарного электрического поля с плоским слоем плазмы. Внес существенный вклад в разработку физических основ взаимодействия низкочастотных электромагнитных полей с пространственно ограниченной плазмой. Кандидат физико-математических наук (1965).
В дальнейшем его научные интересы сосредоточились на исследовании физики плотной излучающей плазмы и разработки на ее основе мощных оптических источников накачки для лазеров. На созданном под руководством А.Ф Александрова уникальном экспериментальном стенде "Фотон" изучен большой класс излучающих разрядов.
В результате были созданы источники излучения с рекордными параметрами, которые нашли практическое применение для создания особо мощных лазерных систем для специальных приложений, в том числе, в программе лазерного управляемого термоядерного синтеза, в фотохимии и других областях. В 1975 году он защитил докторскую диссертацию "Физические процессы в сильноточных электроразрядных источниках света". За этот цикл работ в составе коллектива авторов (А.И. Захаров, Ф.А. Николаев, Б.Л. Борович, Н.Н. Петров, В.Б. Розанов, А.А. Рухадзе, Н.Н. Козлов. Ю.С. Протасов, И.В. Подмошенский, Ю.П. Петров, Э.А. Азизов) в 1981 г. ему была присуждена Государственная премия.
С 1977 года под руководством Андрея Федоровича начинает развиваться новое направление – создание мощных генераторов СВЧ излучения на основе релятивистских электронных пучков. На сильноточном ускорителе электронного пучка на кафедре были впервые выявлены физические процессы, ограничивающие длительность генерации в таких устройствах и обоснован переход к пространственно развитым электродинамическим системам. В итоге были впервые реализованы различные типы релятивистских СВЧ-генераторов. За эти работы А.Ф. Александрову совместно с А.А. Рухадзе и В.И. Канавцом была присуждена Ломоносовская премия МГУ I степени. В 2010 г. за цикл статей "Электромагнитные свойства плазменных волноводов и резонаторов с учетом временной и пространственной дисперсии" Андрей Федорович вместе с М.В. Кузелевым и А.А. Рухадзе удостоен премии МАИК "Наука/Интерпериодика" за лучшую публикацию.
Наконец еще одно из научных направлений, связанное с деятельностью Андрея Федоровича – это углеродная электроника. Он развивает работы в области физических основ технологии получения тонких пленок и пленочных структур для задач микро- и наноэлектроники, материаловедения и медицины. Созданы углеродные карбиноподобные покрытия для медицинских имплантантов, обладающие уникальной биосовместимостью и тромборезистентностью, микропористые углеродные адсорбенты и др.
В Московском университете читал лекции по курсу общей физики для физиков, создал и читал спецкурсы: «Взаимодействие электромагнитных волн с плазмой», «Основы электродинамики плазмы», «Динамика излучающей плазмы», «Физика сильноточных релятивистских электронных пучков», «Физическая электроника». В настоящее время читает курсы: «Введение в физическую электронику» и «Колебания и волны в плазменных средах» для студентов отделения радиофизики и электроники. Приглашенный профессор Юннанского университета (Китай, 1998).
Член Ученого совета факультета (1985), председатель диссертационных советов при МГУ (1990-2000, 2001). Заслуженный профессор Московского университета (2001). Лауреат Ломоносовской премии I степени (1989) и Ломоносовской премии за педагогическую деятельность (1997). Академик РАЕН (1993). Член Научных советов РАН «Физика плазмы» (1978), «Физика низкотемпературной плазмы» (1980), «Мощная импульсная энергетика» (1985), «Физическая электроника» (1986). Член секции «Физика плазмы» НТС Минвуза СССР (1979), координационного совета по межвузовской НТП «Ионно-плазменная технология» НТС Минвуза СССР (1980). Член Научного совета государственной НТП «Новые технологии и устройства микро- и наноэлектроники» Миннауки РФ (1991), Экспертного совета ВАК СССР (1985). Член редколлегий журналов «Радиотехника и электроника» (1987), «Вестник Московского университета. Сер. Физика. Астрономия» (1990), «Прикладная физика» (1994), «Учебный эксперимент в высшей школе» (2002), «Полупроводниковые и газоразрядные приборы» (2003).
Лауреат Государственных премий СССР (1981, 1991). Заслуженный деятель науки РФ (1995). Награжден медалью ордена «За заслуги перед Отечеством» I степени (2005), почетными знаками «Отличник народного просвещения» (1971), «Отличник просвещения СССР» (1973), «За успехи в НИРС» (1974).
Подготовил 26 кандидатов и шесть докторов наук. Опубликовал более 250 научных работ, 10 монографий, учебников и учебных пособий. Основные труды: «Физика сильноточных электроразрядных источников света» (совместно с А.А. Рухадзе, М.: Атомиздат, 1976, 184 с.); «Основы электродинамики плазмы» (совместно с Л.С. Богданкевич и А.А. Рухадзе, М.: Высшая школа, 1978, 407 с.); «Лекции по электродинамике плазмоподобных сред» (совместнос А.А. Рухадзе, М.: Физ. ф-т МГУ, 1999, 450 с.); «New medical material based on metastable form of carbon» (with M.B. Guseva, V.G. Babaev, Yu.P. Kudryavtsev, and V.V. Khvostov, Diamond and Related Materials, 1995, 4, 1142-1144); «Физика электронных пучков и основы высокочастотной электроники» (учебное посо-бие, совместно с М.В. Кузелевым, М.: КЛУ, 2007, 300 с.).
С начала 2016 года обязанности заведующего кафедрой исполняет Владимир Савельевич Черныш (16.09.1945). Окончил физический факультет МГУ (1969). Кафедра электроники рекомендовала его в аспирантуру, а военная кафедра – на службу в армии. В результате В.С Черныш был распределен на работу в НИИ полупроводникового приборостроения. В 1970 году был призван как офицер запаса для прохождения службы в Войсках ПВО на западных рубежах под Калининградом. В 1972 году поступил в аспирантуру, после окончания которой с 1975 года работает на кафедре. В течение многих лет (1976 – 1979 гг., 1981 – 1990 гг.)избирался парторгом кафедры. Был членом парткома физического факультета последнего созыва.
Первые научные исследования В.С. Черныша были посвящены изучению явлений распыления и вторичной ионной эмиссии, возникающих при бомбардировке твердых тел ионными пучками. В его работах была впервые обнаружены аномалии выхода распыленных атомов и ионов вблизи точек магнитного и полиморфного превращений. В исследованиях распыления сплавов впервые был обнаружен эффект нестехиометрического распыления компонентов по углам выхода и детально изучено влияние параметров как материала мишени, так и ионного облучения на формирование потока распыленных атомов. Под его руководством была разработана уникальная методика изучения вторичной ионной эмиссии с угловым и энергетическим разрешением. Результаты этих исследований не только способствовали развитию представлений о механизмах эмиссии атомов и ионов, но имели также большое значение для совершенствования современных методов диагностики и модификации поверхности ионными пучками.
Кандидатскую диссертацию защитил в 1976 году, а докторскую – в 1989 году. В 1979 – 80 гг. проходил научную стажировку в Копенгагенском и Орхусском университетах (Дания), в 1980 – 81 гг. работал в Дании в качестве приглашенного ученого. По его инициативе в 1985 г. был заключен Договор о международном научном сотрудничестве между МГУ и Копенгагенским университетом.
В 2000 и 2003 гг. работал по приглашению в Корейском институте науки и технологий (Сеул, Южная Корея).
В 2006 году по его инициативе в отделе физики атомного ядра НИИ ЯФ МГУ была создана лаборатория ионно-пучковых нанотехнологий, а в 2007 году была создана совместная лаборатория ионно-пучковых нанотехнологий физического факультета МГУ, НИИЯФ МГУ и ОАО «Тензор».
В конце 2010 года в лаборатории был реализован проект по созданию ускорителя газовых кластерных ионов. Уже в первых экспериментах был обнаружен новый механизма распыления кластерными ионами.
В кратчайшие сроки лаборатории удалось завоевать ведущие позиции в нашей стране в этой области.
В Московском университете читает курсы: «Взаимодействие атомных частиц с веществом», «Ионная спектроскопия поверхности», «Взаимодействие ионов низких энергий с поверхностью твердых тел».
Младший научный сотрудник (1975), старший научный сотрудник (1985), ведущий научный сотрудник (1991), заместитель заведующего кафедрой по научной работе (1987 – 1996), главный научный сотрудник физического фа-культета МГУ (2015). Член Ученого совета физического факультета (1986 –1998, С 2006 г. по наст. время), двух диссертационных советов при МГУ (2001). Ученый секретарь комиссии «Взаимодействие плазмы с веществом» Секции физики плазмы НТС Минвуза СССР (1976 – 1990). Член Оргкомитетов Международной Тулиновской конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами и Международной конференции взаимодействие ионов с поверхностью.
По его инициативе кафедра электроники в 1990 году была переименована в кафедру физической электроники.
Подготовил десять кандидатов наук. Опубликовал более 170 научных работ. Основные труды: «Изменение распыления монокристалла Ni при переходе через точку Кюри» (совм. с В.Е. Юрасовой, М.В. Кувакиным и Л.Б. Шелякиным, Письма в ЖЭТФ, 1975(2)197); «The angular distribution of material sputtered from AgAu and CuPt by 20 - 80 keV argon» (совместно с H.H. Andersen и J. Chevallier, Nucl. Instr. and Methods, 1981(191)253; «Эффект массы бомбардирующих ионов в распылении сплавов» (совм. с B.C. Тубольцевым и B.C. Куликаускасом, Письма в ЖЭТФ, 1996(63)507; «Effects of substrate treatment on the initial growth mode of indium-tin-oxide films» (with Y. Han, D. Kim, et al, J. Appl. Phys., 2005(97) 024910-1); «The new mechanism of sputtering with cluster ion beams» (совместно с A.E. Ieshkin, Yu.A. Ermakov. Appl. Surf. Sci., 2015(326)285.)
- Современная система ученых степеней была введена постановлением СНК СССР от 13 января 1934 года.