Физика в Азербайджане

Физика в Азербайджане — Научная мысль в области физики в Азербайджане зародилась с древних времен. Труды философов Древнего Востока и Древней Греции, были распространены в Азербайджане на арабском и персидском языках. Идеи этих философов, особенно Аристотеля, о структуре материи, законах движения, космологии, гидростатике, электрических, тепловых и др. явлениях нашли отражение в трудах средневековых ученых, философов и поэтов Азербайджана таких, как Бахманяр (XI в.), Хагани Ширвани, Низами Гянджеви (XII в.), Насирэддин Туси (XIII в.) и др. В этих трудах можно встретить научные объяснения многих природных и физических явлений.

История

Развитии научного мировоззрения на Востоке

Естественно-научное объяснение природных явлений, данное в произведениях «Физика», входяшая в трактат Бахманяра «Ат-Тахсил» («Познание») и «Хамсе» Низами Гянджеви является очень важным с точки зрения познания идей того времени. В произведении «Искендернаме» Низами Гянджеви мысль о единстве движения и теплоты представляется весьма оригинальной.

В развитии научного мировоззрения на Востоке очень важную роль сыграло создание Марагинской обсерватории (XIII в.), связанное с деятельностью азербайджанского ученого-энциклопедиста Насирэддина Туси. Он исследовал оптические и звуковые явления, природу теплоты и холода, проводил астрономические исследования и др. Туси высказал очень смелую для того времени научную идею — о неисчезновении вещества, имеющую глубокую физическую основу. В распространении в Азербайджане знаний о физике, математике, астрономии и др. науках большую роль сыграли созданные в XIV в. медресе в городах Тебриз, Шамаха, Нахчыван, Гянджа и др.

Конец XVII в.

К концу XVII в. практическая потребность ускорила развитие физики в ряде стран Европы и России. В Азербайджане до начала XX в. в области физики не велись систематические научные исследования.

Начала 20-х гг. XX в.

В начале 20-х гг. XX в. в Азербайджане стали открываться основные исследовательские центры в области физики: кафедра физики в Азербайджанском государственном университете (АГУ), Азербайджанском педагогическом институте, Азербайджанском политехническом институте. Первые исследования велись, в основном, в области физики нефти и касались некоторых вопросов физики твердого тела. С 1920 г. при физико-математическом факультете АГУ (1920—22 гг. Бакинский университет) был создан физический отдел. Долгое время ведущие ученые этого отдела приглашались из России. Выпускник Петербургского университета Бахрам Мирзоев в 1928 г. был первым азербайджанским педагогом физики в АГУ. Выдающийся физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии Л. Д. Ландау в 1922—24 гг. учился на физико-математическом факультете АГУ.

1932 г.

В 1932 г. был создан Азербайджанский отдел Закавказского филиала Академии Наук СССР. В составе этого Отдела одновременно создается отделение физики, объединившее в себе исследовательские группы ученых академической системы и высших школ, которое сыграло большую роль в развитии физики в Азербайджане. Основной задачей Азербайджанского Отдела являлась подготовка квалифицированных кадров и создание современных лабораторий. В 30-х гг. XX в. велись исследования в области изучения физических свойств нефтепродуктов, молекулярной физики, эмиссионной и адсорбционной спектроскопии, тепловых и электрических свойств полупроводников.

Годы 2-ой мировой войны

В годы 2-ой мировой войны 1941—45 гг. в связи с военным положением научно-технические работы физиков республики были направлены на потребности обороны страны. Был разработан и внедрен метод выявления и выделения с помощью магнита осколков из тел раненых, изобретены приборы для ведения анализов продуктов нефтеперерабатывающих заводов.

40-х-50-х гг. XX в.

Развитие физики в Азербайджане в 40-х—50-х гг. XX в. связано с именами таких ученых физиков, как Аббасгулу Аббасзаде, Е. Б. Лопухин, Захид Ализаде, Я. Г. Дорфман, Габибулла Амирханов, Малик Рамазанзаде, Зеки Кязымзаде, Рагимбек Меликов и др. А. Аббасзаде был первым азербайджанцем чл.-корр. Академии педагогических наук СССР. Большое внимание уделялось созданию учебных кабинетов и лабораторий, разработке и решению научно-методических вопросов, физической терминологии и выпуску учебных пособий на азербайджанском языке.

1945 г.

В 1945 г. на основе Азербайджанского филиала АН СССР была создана Академия наук Азерб. ССР, что ускорило научно-исследовательские работы, подготовку квалифицированных научных кадров в области физики и других областей науки. Созданный в 1947 г. Институт физики и математики становится центром физических исследований. В 50-х гг. XX в. внимание ученых было направлено на решение фундаментальных и научно-технических проблем полупроводников. Это направление сыграло важную и решающую роль в интенсивном развитии таких перспективных областей промышленности как электроника, электротехника, радиотехника, приборостроение. В институте велись исследования в области получения селена, теллура и их сложных соединений, комплексного изучения их физических свойств, создания и применения новых полупроводниковых преобразователей. Начали развиваться оптические, магнитные, тепловые, рентгенографические, радиоспектроскопические, резонансные и другие методы исследования. В середине 1950-х гг. некоторые отделы института превратились в самостоятельные исследовательские центры. В 1956 г. был создан Отдел астрономии (этот отдел затем был преобразован в Шамахинскую астрофизическую обсерваторию). В том же году в АГУ была создана одна из первых в СССР кафедр физики полупроводников.

1958 г.

В 1958 г. на основе четырёх кафедр АГУ (теоретическая физика, экспериментальная физика, молекулярная физика и физика полупроводников) отделение физики было преобразовано в физический факультет. Создание и развитие физического факультета в АГУ связано с именами таких физиков-педагогов, как Мехти Алиев, Рагимбек Меликов, Рахми Гасанов, Мамед Абдуллаев, Кериш Кочерли, Абузер Расулов и др.

1959 г.

В 1959 г. Институт физики и математики АН Азерб. ССР разделился на два самостоятельных института: Институт физики и Институт математики и механики АН Азерб. ССР. В начале 1960-х гг. при Институте физики создается Криогенная станция, которая обеспечивает учреждения республики, занимающиеся физическими экспериментами, жидким азотом и гелием для проведении работ при низких температурах. При институте были открыты научно-промышленные учреждения, в том числе опытный завод «Селен», специальные конструкторские бюро (СКБ) «Теллур» и «Регистр», филиал Научно-производственного объединения космических исследований, Отдел исследования радиации, СКБ биологического приборостроения. В Шеки и Нахичеване были созданы научно-исследовательские базы АН Азерб. ССР.

В соответствующих кафедрах и лабораториях ряда высших учебных заведений велись научно-исследовательские работы в области физики. Физики Азербайджана во всех направлениях исследований сотрудничали со многими ведущими научными центрами СССР [в области физики полупроводников — с Физико-техническим институтом им. А. Ф. Иоффе АН СССР, Институтом физики полупроводников Сибирского отделения, Московскими институтами Молекулярной электроники и Материаловедения при Министерстве электронной промышленности СССР; в области физики элементарных частиц — Объединённым институтом ядерных исследований, Институтом физики высоких энергий и МГУ им. М. В. Ломоносова; в области физики низких температур — Институтом физических проблем и Харьковским физико-техническим институтом, с научными центрами FNAL (CША), CERN (Швейцарии) и др.]. Научное сотрудничество с этими институтами продолжается и по сей день.

Многие известные физики (в том числе и приглашенные ученые из-за рубежа) выступали с лекциями на научных семинарах Института физики. В числе этих ученых были лауреаты Нобелевской премии, выдающиеся академики, руководители научных школ разных областей физики и др. ведущие ученые.

1969 г.

Институт физики в 1969 г. за научные заслуги и подготовку высококвалифицированных кадров был награждён орденом Трудового Красного Знамени. В этом большая заслуга основателя Института физики и основоположника школы физики полупроводников в республике чл.-корр. АН СССР, акад. АН Азерб. ССР Гасана Абдуллаева, с 1959 г. до последних дней своей жизни работавшего директором Института физики.

Исследовании в Области Полупроводников

Основной целью исследований в области физики полупроводников в Азербайджане было получение новых сложных полупроводников, комплексное исследование их физических свойств и создание приборов специального назначения.

При участии и под непосредственным руководством акад. Г.Абдуллаева исследовались механизмы влияния термической обработки, примесей, электрического поля, электромагнитных волн, ионизирующих излучений на явление переноса, неравновесные электронные процессы в селене, а также на электрические, фотоэлектрические, оптические, тепловые, механические свойства аморфного, кристаллического, стеклообразного и жидкого селена. Было определено электрическое состояние и концентрация кислорода в селене, также его роль в физических свойствах селена.

Было определено электрическое состояние и концентрация кислорода в селене, также его роль в физических свойствах селена. Эти результаты позволили выдвинуть предложения по целенаправленному изменению свойств селена и улучшения параметров селеновых приборов. Было выявлено существование р-n перехода в селеновых диодах. Впервые обнаружены и изучены физические механизмы ряда специфических для селеновых приборов явлений: убывание с температурой концентрации ионизированных донорных и акцепторных центров в области объемного заряда и ослабление тензорезистивного эффекта в области упругой деформации, изменение знака реактивности при прямых смещениях и наличие частотной зависимости барьерной емкости, возникновение влаго-э.д.с., электролюминесценции в интервале ~0,7 ÷ 1 мкм и одновременно были выяснены их механизмы. В результате этих исследований были разработаны новые селеновые приборы различного назначения и создана специальная отрасль промышленности по серийному производству селеновых выпрямителей.

Учитывая высокий уровень физических исследований и создания приборов на основе селена, в 1961 г. Институт физики АН Азерб. ССР был утвержден головным предприятием в СССР по физике и технике приборов на основе селена и теллура.

Интересные и оригинальные результаты были получены в области биофизики селена. С помощью современных физических методов была определена положительная роль селена в увеличении световой чувствительности зрительного анализатора глаза. За исследования по влиянию селена на функциональную активность фоторецепторов Гасан Абдуллаев, Нина Гаджиева, Гусейн Гасанов, Ахверди Джафаров, Владимир Перелыгин были награждены Государственной премией Азербайджана (1972).

Важные работы в области полупроводников

Важные работы, относящиеся к изучению явлений переноса в полупроводниках, проводились под руководством акад. Магсуда Алиева. Велись комплексные исследования явлений переноса в германии, кремнии, соединениях типа А3В5, в твердых растворах на их основе, в эвтектиках и в сложных полупроводниках, также изучались теплопроводность, энергетический спектр электронов, механизмы рассеяния электронов и фононов. На основе антимонидов индия и галлия получены искусственно анизотропные полупроводниковые эвтектики, установлены механизмы и особенности кинетических эффектов в них. В структуре полупроводникверхпроводник-полупроводник на основе этих эвтектик обнаружен эффект Джозефсона. За научные достижения и подготовку высококвалифицированных кадров М. Алиев был удостоен премии имени Юсифа Мамедалиева.

Основные направления исследований в Азербайджане в 1960-х годах

В 1960-х годах в Азербайджане определились основные направления исследований в области физики: физика твердого тела, особенно, теория твердого тела и физика полупроводников, молекулярная физика и спектроскопия, физика элементарных частиц и атомного ядра.

Под руководством чл.-корр. АН Азерб. ССР Юханнаса Сеидова изучены основные состояния некоторых ферритов, а также теоретически исследованы явления флуктуации электромагнитных величин на частотах спин–плазмонных элементарных возбуждений в системе со спин–плазмоновой связью, рассеяние света на этих флуктуациях, возбуждение спиновых волн под действием внешних заряженных частиц и токов, обусловленных электронами, находящимися внутри вещества. Построена квантовая теория термомагнитных явлений в металлах и полупроводниках в квантующем магнитном поле. Разработана теория электронного фазового перехода, связанного с устойчивостью экситонных состояний в кристаллах.

Акад. Бахрамом Аскеровом была развита теория термомагнитных эффектов в полупроводниках и полуметаллах в сильном квантующем магнитном поле. Б.Аскеров за комплексные исследования кинетических эффектов в полупроводниках в 1974 г. был удостоен Государственной премии Азербайджана. Результаты научных исследований Б.М.Аскерова нашли свои отражение в монографиях “Электронные явления переноса в полупроводниках” (1994, на английском языке) и Термодинамика, метод Гиббса и статическая физика электронного газа” (совместно с С.Р.Фигаровой, 2010, на английском языке).

Под руководством акад. Фирудина Гашимзаде построена теория оптических явлений и энергетических спектров примесных атомов в ряде магнитных кристаллов. Создана теория распространения электромагнитных волн в полупроводниковых сверхрешетках, примесных и поверхностных состояний в полупроводниках с узкой запрещенной зоной; определены закономерности механизмов рассеяния в квантовых ямах, а также циклотрон–фононного резонансного поглощения. С применением теоретических моделей вычислена реальная энергетическая структура спектров электронов в сферических квантовых точках в соединениях типа А3В5 и А2В6, а также построена теория кинетических, оптических и термодинамических явлений в Кейновских полупроводниках и нанокристаллах. Построена теория нелинейных кинетических явлений в полупроводниках в сильных электрических и магнитных полях, учитывающая нагрев и увлечение носителей заряда фононами. 1986 г.

Ф.Гашимзаде, Ю.Сеидов, Мамед Абдуллаев и Виктор Еременко за работу “Оптическая спектроскопия антиферромагнетиков” были удостоены Государственной премии Азербайджана.

Предложены микромеханизмы электронных процессов, происходящие в p-n структурах. На основе полученных результатов было заложено начало нового научного направления в физике полупроводников, связанного с влиянием дефектов на электронные процессы в р-n структурах. Предложены методы определения электроактивности одиночной дислокации. Была получена формула зависимости напряжения пробоя p-n структур от заряда неоднородности и размеров в слое пространственного заряда. Впервые изучены и обьяснены управляемые эффекты переключения и памяти на диодных структурах на основе халькогенидов меди.

Научно-исследовательские Работы в Области Оптики

В 60-х гг. XX в. научно-исследовательские работы в области оптики и спектроскопии полупроводников велись под руководством акад. Эльдара Салаева. Исследования, проводимые в Институте физики совместно с Институтом физики им. П.М. Лебедева АН СССР, показали, что в монокристалле селенида галлия наблюдается лазерный эффект и это соединение оказалось перспективным материалом для использования в нелинейной оптике.

Получены полупроводниковые материалы со слоистой и алмазоподобной кристаллической структурой и в них выявлены стимулированное излучение, квантование сопротивления Холла, доказывающее существование двухмерного электронного газа и нового образования в физике твердого тела – электронно-дырочной жидкости. На основе тройных слоистых соединений найден новый класс сегнетоэлектрических полупроводниковых материалов, в которых нейтронографическими исследованиями обнаружено существование несоразмерных фаз.

За достижения в области получения сложных халькогенидных полупроводниковых соединений, исследования их свойств и изготовления на их основе различных выпрямителей в 1972 г. Зарифа Алиярова, Вадим Антонов, Ариф Гулиев, Ядулла Насиров, Рагим Нани, Эльдар Салаев, а в 1976 г. за работы по получению новых полупроводников и изготовлению на их основе преобразователей Гасан Гусейнов были удостоены Государственной премии Азербайджана.

Работы, проводимые под руководством чл.-корр. Владимира Тахирова, по исследованию электронного спектра носителей заряда в твердых растворах полупроводников германий-кремний и полуметаллов позволили объяснить аномалии в их гальвомагнитных и термоэлектрических свойствах.

Показана согласованность характера изменения энергетического спектра основных состояний мелких и глубоких центров, электротранспортных явлений и Холл фактора свободных носителей заряда в германии и кремниеподобных твердых растворах (Ge1-x Six) c представлениями модели виртуального кристалла, хаотическим распределением компонентов в решетке матрицы, трансформациями зонной структуры и теорией сплавного рассеяния Брукса.

С применением метода кинематической электронографии определены механизмы взаимодействия в тонких слоях соединений А1В6, А3В6 и А3В3С6, определены некоторые закономерности фазообразования и кристаллизации.

Акад. Ариф Пашаевым развиты работы по бесконтактным методам измерения физических параметров полупроводниковых материалов, а также реализованы новые методы получения полупроводниковых приборов различного назначения. За комплексные работы в области “Создание автономной гидроакустической информационной системы” в 1990 г. Айдын Абдуллаев, Фикрет Аллахвердиев, Рустам Кулизаде, Тамара Зобянидзе, Ариф Мехтиев, Тельман Назимов, и Ариф Пашаев получили Государственную премию Азербайджана. В 2004 г. Ариф Пашаев за научные заслуги, подготовку кадров и за изобретательские заслуги получил золотые медали им. Павлова и Международной ассоциации авторов научных открытий Президиума Российской Академии естественных наук.

Исследовании в области диффузии

Фундаментальные исследовании в области диффузии, электродиффузии и фотодиффузии примесей в элементарных (Ge, Si) и сложных полупроводниках (А1В6, А3В5, А2В6) выполнены чл.-корр. Таяром Джафаровом. В результате исследований выяснены механизмы образования дефектов и диффузии примесных атомов в элементарных (германий, кремний) и сложных полупроводниках типа А1В6, А3В5, А3В6 и в полупроводниковых приборах (солнечные и водородные элементы, светодиоды, туннельные диоды и др.). Результаты теоретических и экспериментальных исследований в данной области изложены в книге Г.Абдуллаева и Т.Джафарова “Атомная диффузия в полупроводниковых структурах” (1987 г., на англ. яз.). Разработана технология изготовления нанопористого кремния, исследованы их структурные, морфологические и электрические характеристики и созданы водородные топливные элементы и сенсоры. Показано, что формирование слоя наноструктурного кремния на поверхности кремниевого солнечного элемента приводит к значительному улучшению фотовольтаических параметров элемента.

Работы в области в полупроводниках

Работы, связанные с электролюминесценцией в полупроводниках, выполнены под руководством чл.-корр. Бахадура Тагиева. Получены высокоэффективные люминесцентные материалы, излучающие в видимой области под внешним воздействием (электрическое поле, электронный пучок, ультрафиолетовые и рентгеновские лучи и др.). За цикл работ “Спектроскопия электронно-колебательных состояний халькогенидов и оксидных полупроводников. Воздействие деформированых и электрических полей” в 1988 г. Азер Зейналов, Амирулла Мамедов, Шариф Эфендиев, Керим Аллахвердиев, Григорий Беленький, Рауф Сулейманов, Бахадур Тагиев удостоены Государственной премии Азербайджана.

Под руководством акад. Магомедемина Шахтахтинского были получены новые композитные материалы, определена ведущая роль анизотропии в формировании электролюминесцентных, фотовольтаических, фоторезистивных, фотоэлектретных, пьезорезистивных, позисторных, варисторных, пиро-пьезоэлектрических эффектов в полимер пьезоэлектрических и полимер-полупроводниковых неупорядоченных системах, на основе которых изготовлен ряд приборов.

Изготовление специальных измерительных приборов

Изготовлены специальные установки для измерения магнитной восприимчивости при низких температурах – вакуумный адиабатический калориметр, позволяющий проводить измерение теплоемкости в интервале температур 2÷300К, и высокочувствительный дилатометр. С помощью этих установок исследована теплоемкость соединений типа А3В6 и А2В3 2С6 4 в интервале 10÷300К и аморфного селена в интервале 60÷330К, а также термодинамические параметры, коэффициенты теплового расширения ряда халькогенидов и их твердых растворов. Для 100 полупроводниковых веществ определены термодинамические параметры и энергии связи, определена корреляция между запрещенной зоной и энергией атомизации.

Исследования в области низких температур

Исследования в области низких температур связаны с именем чл.-корр. Исы Керимова. В ряде халькогенидов 3d переходных элементов выяснен механизм влияния магнитной упорядоченности на электрические свойства в слоистых и цепочечных соединениях железа, ядерным гамма-резонансным методом впервые обнаружено существование свойств, присущих квазинизкоразмерным магнетикам. В этих соединениях обнаружено приведенное магнитное поле в ядрах диамагнитных ионов олова, определены валентное состояние и градиент электрических полей ионов железа.

Результаты большинства научных исследований в области физики полупроводников позволили создать новые приборы и дать рекомендации для их практического применения. На основе селена и его сложных соединений, различных стеклообразных полупроводниковых систем, полимеров, композитных материалов изготовлены образцы ряда выпрямителей, термо- и гальваномагнитных, акустооптических, тензометрических, пьезоэлектрических преобразователей, толщиномеров, пневмотензо-резисторных комплексов, солнечных элементов, источников и приемников излучения, элементов памяти, фотопреобразователей, термоэлектрических холодильников; на основе эпитаксиальных слоев твердых растворов халькогенидов свинца, теллурида кадмия и ртути созданы детекторы для инфракрасных областей спектра (3–5 мкм и 8–14 мкм); созданы радиационностойкие термоэлектрические холодильные фотоприемники; на основе твердого раствора системы висмут-сурьма разработаны высокоэффективные термо- и магнитотермоэлектрические экструзивные материалы, термоэлектрические холодильники; разработаны высокочувствительные радиоспектрометры, позволяющие идентифицировать и записывать спектры полярных молекул в широкочастотном диапазоне; создана новая плазмооптическая система выделения ионов для источника низкоэнергетических интенсивных ионов; разработаны бесконтактные методы диагностики герметических оптоэлектронных приборов. На основе полупроводниковых соединений кальций-галлий-сера изготовлены люминесцентные лампы желтого, голубого, зеленого, красного излучения, показана перспективность использования этих соединений для регулируемых лазеров зеленого излучения, оптической связи, визуализации инфракрасных лучей. На основе кристаллического кварца, как фотоупругого материала, изготовлен акустооптический модулятор. Предложен акустооптический метод импульсной модуляции прямоугольных импульсов, позволяющий получить характеристики линейной модуляции. Изготовлен макет акустооптического панорамного приемника параллельного действия с центральной частотой 56 Мгц и 80 Мгц.

Основы многофункциональных переключателей

Разработаны физико-технические основы многофункциональных переключателей на основе активных композитов (вибро- и сейсмопреобразователи, гидроакустические приемно-передающие антенны, преобразователи тона Короткова) и даны рекомендации для внедрения их в ряде предприятий страны. Впервые в СССР было организовано серийное производство фотоприемников специального назначения. Эти фотоприемники были использованы в Институте атомной энергии им. Курчатова г. Москвы в установке управляемого термоядерного синтеза, в лазерной связи, в аппаратуре серии “Космос” при исследовании природных богатств Земли, в автоматической станции “Фобос”, исследующей поверхность планеты Марс и его спутника Фобос, в беспилотных аппаратах, выявляющих заминированные территории и наземные установки, в съемках тепловой карты г. Москвы и ряда городов Турции. С помощью этих фотопреобразователей впервые была снята тепловая карта обратной стороны Марса.

Впервые в космическом спутнике в состоянии невесомости получены монокристаллы твердых растворов ряда полупроводников. Разработана технология изготовления высокочувствительных фотодетекторов путем влияния лазерных лучей на диффузию примесей в тонких пленках соединений типа А2В6.

В структурах на основе нанопористого кремния обнаружен влаговольтаический эффект, выяснен его физический механизм и на его основе разработаны топливные элементы, чувствительные сенсоры влаги водородного и углеводородного газов.

На основе сложных слоистых полупроводников созданы детекторы рентгеновского и гамма излучения, высокочувствительные тензодатчики.