О ФИЗИКЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

Первая такая школа была организована еще в 1968 году по инициативе основоположника физики полупроводников на Урале академика Исаака Михайловича Цидильковского (1923–2001) и с тех проводится почти регулярно с периодом в два года в разных примечательных местах Урала. За долгую историю школы сложились ее богатые традиции. Основное внимание в программе уделяется современным фундаментальным проблемам физики полупроводников, связанным с ними уникальным экспериментам и новым материалам, а также квазидвумерным структурам на их основе. Такое содержание привлекает активных и наиболее интересных экспериментаторов и теоретиков ведущих центров полупроводниковой науки России и других стран.

Нынче среди участников школы была солидная команда ученых из Москвы и Черноголовки, коллеги из питерского Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН, группы экспериментаторов и технологов из Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова СО РАН (Новосибирск) и из Института физики микроструктур РАН (Нижний Новгород), представительная делегация ученых Польской академии наук. В пятый раз школу посетил ставший ее завсегдатаем известный физик из Римского университета Ла Сапиенца (Италия) и русофил профессор Сержио Капрара. Кроме интересного научного доклада участникам школы посчастливилось услышать в его исполнении на русском и итальянском языках творения А.С. Пушкина. Школа стала традиционным местом встреч и дискуссий с выдающимися отечественными физиками, работающими в развитых научных центрах и университетах Европы и США.

Одной из главных тем нынешней программы школы стала актуальная в мировой научной литературе тема топологических эффектов в полупроводниковых структурах. Были представлены результаты исследования новых магнитных топологических изоляторов, краевых и объемных гальваномагнитных эффектов (квантовых магнитоосцилляций, квантового эффекта Холла, киральной терагерцовой фотопроводимости) в квантовых ямах HgCdTe в фазе двумерного или трехмерного топологического изолятора. Особое внимание привлекли исследования в области топологических (вейлевских) полуметаллов, которые, подобно другим аналогичным материалам, характеризуются топологически защищенными поверхностными состояниями — Ферми-арками, соединяющими проекции вейлевских точек в k-пространстве.

В пленарном докладе Дмитрия Фельдмана (Brown University, USA) проанализировано квантование теплопроводности в режиме квантового эффекта Холла, а также представлены самые передовые экспериментальные и теоретические достижения в исследовании топологического порядка с помощью переноса тепла.

Целый ряд докладов был посвящен обсуждению актуальных вопросов по спин-орбитальным эффектам в полупроводниковых структурах. Представлены результаты теоретического исследования СО-расщепления подзоны тяжелых дырок в квантовых ямах на основе кристаллов с решеткой алмаза или цинковой обманки (Г.В. Будкин, Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН), а также экспериментальных исследований квантовых магнитоосцилляций, реформированных СО-взаимодействием, в асимметричных квантовых ямах p-GaAs/AlGaAs и HgCdTe с прямым и инвертированным зонным спектром. В нескольких докладах проведен анализ механизмов спинового, аномального и топологического эффектов Холла в полупроводниках и металлах и рассмотрено влияние СО-взаимодействия на эффект близости и критическую температуру в гибридных структурах сверхпроводник/ферромагнетик.

Традиционно в рамках школы обсуждались последние достижения и проблемы физики высокотемпературных сверхпроводников (ВТСП), в частности, принципиальный вопрос о природе связи куперовских пар в купратах и никелатах (модели, основанные на идее Ферми-жидкости, с одной стороны, и модель «зарядовых триплетов» — с другой). Также была представлена новая тема в области ВТСП — проблема сверхпроводимости при комнатной температуре в сверхсжатых соединениях водорода (гидридах и дейтеритах), для которых к настоящему времени достигнуты критические температуры, близкие к комнатной. В докладе Е.Ф. Таланцева (ИФМ УрО РАН) проведен анализ опубликованных экспериментальных данных по водородным сверхпроводникам и продемонстрировано, что все открытые на сегодняшний день сверхгидриды и сверхдейтериты располагаются в так называемом поясе нетрадиционных сверхпроводников на диаграмме Уемуры (график зависимости температуры сверхпроводящего перехода от температуры Ферми Tc(TF)), несмотря на ярко выраженный изотоп-эффект, присущий сверхпроводниковым системам с «традиционным» электрон-фононным механизмом образования куперовских пар.

Помимо механизма, приводящего к высокой критической температуре сверхпроводящего перехода в купратных сверхпроводниках p-типа, одним из главных нерешенных вопросов является наличие необъяснимого до сих пор странного металлического состояния с линейной температурной зависимостью электросопротивления. Этому вопросу на школе были посвящены пленарный доклад академика М.В. Садовского и доклад профессора С. Капрара. Следует отметить также доклад профессора А.С. Мельникова (ИФМ РАН, Нижний Новгород) по актуальной теме исследования аномального эффекта Джозефсона в майорановских нанопроводах, приводящего к сверхпроводящему диодному эффекту.

Интересной традицией последних школ стали подготовка и проведение круглых столов по самым актуальным проблемам современной физики полупроводников, то есть организация дискуссий без жесткого регламента и с расширенной возможностью обсуждения. В этот раз круглый стол был посвящен теме «Новые двумерные полупроводниковые материалы и гетероструктуры: сегодня и завтра». По мнению участников, все получилась очень интересно, эффективно и полезно. Особый вес дискуссии придал предваряющий обстоятельный обзор бывшего сотрудника ИФМ УрО РАН, а ныне профессора Университет Неймегена (Нидерланды) Михаила Кацнельсона об основных свойствах интенсивно изучаемых в настоящее время ван-дер-ваальсовых гетероструктур на основе комбинации различных двумерных материалов, в частности, двухслойного графена с относительным поворотом слоев и графена на гексагональном нитриде бора.

Особую атмосферу нынешней школе придало то, что она состоялась после двухлетего перерыва в личном общении ученых, вызванного пандемией коронавируса. Участники, ставшие специалистами в представлении докладов при помощи электронных коммуникаций, «изголодались» по живому общению, по разговору «глаза в глаза», При этом впервые в практике школы были организованы онлайн-трансляции докладов тех, кто все же не смог приехать, в особенности для из-за границы. Фактически количество очных и удаленных участников разделилось примерно поровну: 58 против 51. Возможность участвовать в работе школы издалека позволила до предела насытить научную программу и поднять качество представленных результатов на небывалую высоту. Так Эдуард Девятов, заместитель директора Института физики твердого тела им. Ю.А. Осипьяна РАН (Черноголовка) отметил: «По степени насыщенности это одна из лучших конференций на моей памяти, а в пандемийное время — просто глоток свежего воздуха!» Профессор Сергей Тарасенко, представляющий Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН (С.-Петербург), с благодарностью написал: «И научная, и культурная составляющие, и погода были просто замечательны! После двух лет зум-конференций было так приятно увидеть всех коллег и пообщаться лично». Александр Мельников, заведующий отделом физики сверхпроводников Института физики микроструктур РАН (Н. Новгород) оставил отзыв: «Спасибо за прекрасную конференцию! Я под большим впечатлением!» В общем, смешанный формат внес в организацию школы свежие штрихи, однако, по общему мнению, основные заседания надо проводить вживую, с активными дискуссиями.

Хорошей традицией стало то, что, приехав однажды на Уральскую зимнюю школу по физике полупроводников, абсолютное большинство ученых становятся и постоянными ее участниками, и друзьями. Таким образом поддерживаются преемственность поколений, непрерывное совершенствование и профессиональный рост, атмосфера равноправного и полноценного общения. Отмечая славную, более чем полувековую историю школы, оргкомитет ввел традицию дарить памятные чисто уральские каменные сувениры своим ветеранам. Сорокапятилетняя верность школе академика Михаила Виссарионовича Садовского, впервые сделавшего доклад в 1975 году, с 2004 года — члена и сопредседателя программного комитета, отмечена коллекционным раух-топазом. Флюорит с месторождения вблизи города Полевского, места действия многочисленных сказов и былей П.П. Бажова о каменных самоцветах, вручен Григорию Максовичу Минькову, активному члену программного комитета с 1997 года. Три лучших доклада молодых ученых были отмечены дипломами школы.

Большую роль в поддержании особой атмосферы школы всегда играет место ее проведения — Урал и его неповторимая природа. Все эти дни стояла солнечная, умеренно морозная погода. Ученые познакомились с достопримечательностями городка Сысерть, где родился уральский сказочник П.П. Бажов, побывали на небольшой, но самобытной фабрике «Фарфор Сысерти», увезли оттуда сувениры.

Оценивая работу школы в целом, все участники единодушно признали ее несомненную пользу для развития науки и консолидации исследователей. Уральская международная зимняя школа по физике полупроводников продолжает с надеждой смотреть в будущее и ждет старых и новых друзей.