НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1973 г. / ФИЗИКА / ЛЕО ЕСАКИ

Лео Есаки (江崎玲於奈)

12 март 1925 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Брайън Джоузефсън и Айвър Джайъвър)

(За експерименталните му открития, свързани с тунелните преходи в полупроводниците и свръхпроводниците.)

Японският физик Лео Есаки е роден в Осака, в семейството на архитекта Соиширо Есаки и Ниеко Ито. Учи в Токийския университет и след завършването му през 1947 г. получава степента магистър на науките. Като работи няколко месеца в корпорацията “Кобе Когио”, през 1956 г. се мести в корпорацията “Сони” в Токио, където оглавява малка изследователска група. Едновременно продължава работата над своята дисертация.

Класическата физика твърди, че в електрическа верига, прекъсната от изолатор, не протича ток. Квантовата физика допуска малко по-друга ситуация: ако изолаторът е достатъчно малък, електроните могат “да преминават като в тунел” през него. Подобен подбариерен преход протича, защото положението на електрона не може да бъде определено абсолютно точно и следователно винаги има известна вероятност един електрон да се появи от другата страна на изолатора. Колкото по-тънък е изолаторът, толкова по-голяма е вероятността за тунелен преход. Макар че този ефект е предсказан още в началото на 30-те години, към средата на 50-те години още не е доказан експериментално.

Работейки над докторската си дисертация, Есаки решава да провери със силите на своята експериментална група ефекта тунелен преход в полупроводниците. Полупроводници се наричат такива материали като силиция и германия. Броят на носителите на ток в тях е относително малък и в определени предели той може да бъде регулиран, като се променя по съответен начин концентрацията на примесите.

Есаки и неговите колеги работят със свързани диоди, в които съседните полупроводникови зони са легирани с електрически активни примеси, противоположни по полярност. Диодът пропуска свободно ток в едно направление, а съединението е бариера, която не го пропуска обратно. Бариерата се образува, когато се обединява съдържанието на носителите на заряда близо до прехода. При увеличаване на концентрацията на примесите ширината на свързаната област намалява. Групата на Есаки успява да създаде диоди с много високи концентрации на примесите. Те са с необичайно тънки преходи и висока вероятност за тунелно преминаване. Есаки доказва, че електрическите характеристики на такива диоди съвпадат с представите на квантовата механика.

Изследвайки свойствата на подобни диоди, Есаки открива, че при някои от тях волтамперната характеристика (зависимостта на тока от напрежението) изглежда “странно”. Ако тунелните токове в диодите са големи, съпротивлението на диодите става отрицателно и напрежението на диода пада при увеличаване на тока (В обикновения резистор токът е пропорционален на напрежението). Верига с подобно отрицателно съпротивление може да предизвиква високочестотни колебания. Есаки разработва диоди с още по-голяма концентрация на примесите и значително по-високи (по абсолютна величина) отрицателни съпротивления. Подобни тунелни диоди (диоди на Есаки) започват да се използват за генериране и детектиране на високочестотни сигнали веднага след създаването на първите им образци през 1957 г. Ефектът тунелен преход помага да се разберат свойствата и поведението на полупроводниците и свръхпорводниците. Есаки представя докторската си дисертация за тунелните явления при полупроводниците в Токийския университет и през 1959 г. получава степента доктор на науките.

През следващата година Есаки става сътрудник в изследователските лаборатории на корпорацията IBM в САЩ, където изследва физиката на полупроводниците. През 1965 г. е приет за член на IBM, което означава, че достига висше положение в научната йерархия на фирмата. Работейки в IBM, Есаки пристъпва към пионерски проучвания на полупроводниковите свръхрешетки. Както показват експериментите, свръхрешетките имат такива физически свойства, че се оказват идеално средство за разбиране на ефектите във физиката на твърдото тяло. Те позволяват да се създадат бързодействащи компютърни схеми с по-ниска консумация на енергия от разпространените силициеви.

Работейки в САЩ, Есаки запазва японското си поданство. През 1959 г. се жени за Мисако Араки, семейството има две дъщери и един син.

Есаки е член на Японската академия, на Американската академия на науките и изкуствата и чуждестранен член на Националната академия на науките на САЩ. От 1967 г. е директор на IBM. Удостоен е с почетни степени от японското училище “Досида” и Политехническия университет в Мадрид. Носител е на наградата Морис Н. Либман на Института на радиоинженерите (1961 г.), на медала Стюарт Балантайн на инситтуат “Франклин” (1961 г.) и на японския Орден на културата (1974 г.).

Превод от руски: Павел Б. Николов