Научная работа. А.Ф. Йоффе и его изобретения

Первая работа Иоффе, составившая предмет его магистерской диссертации, была посвящена элементарному фотоэлектрическому эффекту и относилась к тому же кругу классических исследований, что и работы Дж. Томсона и Р. Милликенапо определению заряда электрона. Он доказал реальность существования электрона независимо от остальной материи, определил абсолютную величину его заряда, исследовал магнитное действие катодных лучей, представляющих собой поток электронов, доказал статистический характер вылета электронов при внешнем фотоэффекте.

В 1913 году, после защиты магистерской диссертации в Петербургском университете, он был избран экстраординарным профессором. За эти и некоторые другие исследования Академия наук в 1914 году наградила А. Ф. Иоффе премией имени С. А. Иванова. К этим важнейшим циклам исследований А. Ф. Иоффе необходимо добавить еще два: одно из них — теоретическая работа ученого, посвященная тепловому излучению, в которой получили дальнейшее развитие классические исследования М.Планка. Другая работа также была выполнена им в физической лаборатории Политехнического института в соавторстве с преподавателем этого института М.В.МиловидовойКирпичевой. В работе исследовалась электропроводность ионных кристаллов. Результаты исследований по электропроводности ионных кристаллов были впоследствии, уже после окончания первой мировой войны, с блеском доложены А. Ф. Иоффе на Сольвеевском конгрессе 1924 года, вызвали оживленную дискуссию у его знаменитых участников, и получили их полное признание. В это же время он становится деятельным членом Отделения физики Русского физикохимического общества, сотрудничая с выдающимся голландским физикомтеоретиком П. Эренфестом, работавшим тогда в Петербурге. При этом он не прекращает исследования, начатые еще в Мюнхене. К этому периоду относятся его работы по изучению рентгеновских лучей и электрических свойств диэлектриков, элементарного фотоэлектрического эффекта и магнитного поля катодных лучей, механической прочности твердых тел и способов ее повышения.

Следующим обширным исследованием Иоффе было продолжение его работы, выполненной в лаборатории Рентгена. Оно было посвящено изучению упругих и электрических свойств кварца и некоторых других кристаллов и легло в основу его докторской диссертации. Обе эти работы отличали феноменальная скрупулезность и аккуратность, а также неизменное стремление свести все наблюдаемые эффекты в единую стройную схему — черты, присущие всем ученикам школы Иоффе.

После защиты докторской диссертации (Петроградский университет, 1915) А. Ф. Иоффе становится профессором кафедры общей физики. Наряду с интенсивной исследовательской работой, А. Ф. Иоффе много сил и времени уделял преподаванию. Он читал лекции не только в Политехническом институте, профессором которого стал в 1915 году, но также на известных в городе курсах П. Ф. Лесгафта, в Горном институте и в университете. Однако самым главным в этой деятельности Иоффе была организация в 1916 году семинара по физике при Политехническом институте. Именно в эти годы А. Ф. Иоффе — сначала участник, а потом и руководитель семинара — выработал тот замечательный стиль ведения такого рода собраний, который создал ему заслуженную известность и характеризовал его как главу школы. Семинар Иоффе в Политехническом институте по праву считается важнейшим центром кристаллической физики. Широкий кругозор и способность предвидения, выдающийся талант ученого и организатора дали Иоффе возможность воспитать большой отряд физиков, показать значение физики для техники и народного хозяйства.

Из школы Иоффе вышли известные советские физики, многие из которых сами стали основателями собственных школ: Нобелевские лауреаты П. Л. Капица и Н. Н. Семенов, академики А. П. Александров, А. И. Алиханов, Л. А. Арцимович, И. К. Кикоин, И. В. Курчатов, П. И. Лукирский, И. В. Обреимов, Ю. Б. Харитон, член корреспондент АН СССР Я. И. Френкель, академик АН УССР А. К. Вальтер, В. Е. Лашкарев, А. И. Лейпунский, К. Д. Синельников и многие другие.

По инициативе А. Ф. Иоффе в октябре 1918 года был создан физикотехнический отдел в Рентгенологическом и радиологическом институте в Петрограде, реорганизованный в 1921 году в Физико-технический институт, который более трех десятилетий и возглавлял А. Ф. Иоффе.

В 1918 году он избирается членом корреспондентом, а в 1920 году — действительным членом Российской Академии наук. Наряду с созданием ФТИ А. Ф. Иоффе принадлежит заслуга организации в 1919 году при Политехническом институте факультета нового типа: физикомеханического, деканом которого он также был более 30 лет. Факультет стал прообразом учебных заведений такого типа в стране. По его инициативе начиная с 1929 года были созданы Физикотехнические институты в крупных промышленных городах (Харькове, Днепропетровске, Свердловске, Томске), Институт химической физики АН СССР.

Научная работа А. Ф. Иоффе была сосредоточена в стенах ФТИ, одной из лабораторий которого он неизменно заведовал. В 1920; е годы основным направлением работы было изучение механических и электронных свойств твердого тела.

Во многих статьях, вышедших из стен ФТИ в 1920 -1940 х годах, фамилии Иоффе нет в числе авторов, хотя его вклад в них виден любому специалисту. Исключительная научная щедрость ученого отвечала его моральным принципам и была составляющей «искусства руководить молодыми сотрудниками», о котором написал его ученик, Нобелевский лауреат Н. Н. Семенов: «Если ты хочешь, чтобы ученик занялся разработкой какой либо новой идеи, сделай это незаметно, максимально стараясь, чтобы он как бы сам пришел к ней, приняв ее за свою собственную… Не увлекайся чрезмерным руководством учениками, давай им возможность максимально проявить инициативу, самим справляться с трудностями».

В 1919; 1923 годах А. Ф. Иоффе — председатель Научно-технического комитета петроградской промышленности, в 1924 -1930 годах — председатель Всероссийской ассоциации физиков. С 1925 года — действительный член АН СССР, в 1927 -1929 и 1942 -1945 годах — вицепрезидент АН СССР. Еще одна область исследований, где Иоффе были получены важные результаты, — физика кристаллов. В 1916 -1923 годах он изучал механизм проводимости ионных кристаллов, в 1924 году — их прочность и пластичность.

Совместно с П. С. Эренфестом обнаружил «квантовый» характер сдвигов при данной нагрузке, получивший теоретическое объяснение лишь в 1950 е годы, а также открыл явление «упрочнения» материала (эффект Иоффе) — «залечивания» поверхностных трещин. Свои работы по проблемам физики твердого тела Иоффе обобщил в известной книге «Физика кристаллов», написанной по материалам лекций, прочитанных им в 1927 году во время длительной командировки в США.

В 1932 году А. Ф. Иоффе основал в Ленинграде Агрофизический институт, который возглавлял до 1960 года. Начало 1930; х годов ознаменовалось переходом ФТИ на новую тематику. Одним из основных направлений стала ядерная физика. А. Ф. Иоффе, наблюдая стремительный подъем этой области физики, быстро оценил её грядущую роль в дальнейшем прогрессе науки и техники. Поэтому с конца 1932 года физика ядра прочно вошла в тематику работ ФТИ. Собственная научная работа А. Ф. Иоффе с начала 1930; х годов сосредоточилась на другой проблеме — проблеме физики полупроводников, и его лаборатория в ФТИ стала лабораторией полупроводников. Первая работа в этой области была выполнена самим Иоффе совместно с Я. И. Френкелем и касалась анализа контактных явлений на границе металл — полупроводник. Ими объяснялось выпрямляющее свойство такого контакта в рамках теории туннельного эффекта, получившей развитие 40 лет спустя при описании туннельных эффектов в диодах.

Работы по фотоэффекту в полупроводниках привели Иоффе к смелой гипотезе, что полупроводники способны обеспечить эффективное преобразование энергии излучения в электрическую энергию, что послужило предпосылкой к развитию новых областей полупроводниковой техники — созданию фотоэлектрических генераторов (в частности, кремниевых преобразователей солнечной энергии — «солнечных батарей»). Эти исследования положили начало целым направлениям в физике полупроводников, успешно развиваемым в последующие годы его учениками.

За исследования в области полупроводников в 1942 году А. Ф. Иоффе был удостоен Сталинской премии. Иоффе и его учениками была создана система классификации полупроводниковых материалов, разработана методика определения их основных свойств. Изучение термоэлектрических свойств полупроводников послужило началом развития новой области техники — термоэлектрического охлаждения. В Институте полупроводников была разработана серия термоэлектрических холодильников, которые широко применяются во всем мире для решения ряда задач в радиоэлектронике, приборостроении, космической биологии и т. д.