Физика

Нобелевские лауреаты: Айвар Джайевер

Туннелирование к премии

Норвежско-американский физик Айвар Джайевер

The Nobel Foundation/MPI/Indicator.Ru

Как квартирный вопрос может привести к Нобелевской премии, как простой инженер-механик может стать выдающимся физиком и как получить огромное количество информации о сверхпроводниках, рассказывает наш очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Айвар Джайевер (Ивар Гиевер — в принятом в СССР написании)

Родился: 5 апреля 1929 года, Берген, Норвегия.

Нобелевская премия по физике 1973 года (1/4 премии, совместно с Лео Эсаки. Вторую половину премии получил Брайан Джозефсон). Формулировка Нобелевского комитета: «За экспериментальные открытия туннельных явлений в полупроводниках и сверхпроводниках соответственно (for their experimental discoveries regarding tunneling phenomena in semiconductors and superconductors, respectively)».

Нобелевская премия по физике 1973 года — удивительная еще и в том, что она представляет собой некий своеобразный «эффект научного домино». Работы японца Лео Эсаки, который экспериментально проверил квантовый эффект, предсказанный в 1930-х годах на полупроводниках, вдохновили норвежца Айвара Джайевера проверить его же на сверхпроводниках, а работы норвежца пробудили гениальные прозрения третьего нобелиата, британца Брайана Джозефсона. Правда, премию поделили не поровну, но и это решение было логичным. Впрочем, обо всем по порядку.

Наш герой родился в семье фармацевта Джона Аасберга Джайевера и его супруги Гудрун Маргрет Скааруд в норвежском Бергене и стал вторым сыном из трех детей пары. К слову, судя по всему, все дети Джона пошли в мать: если отец прожил всего 66 лет, то Гудрун дожила до 96. И поныне все их дети — и Джон-младший, родившийся в 1927 году, и Анне Маргрет — живы, хотя двое из них вышли на десятый десяток.

Поначалу ничто не указывало на будущего лауреата: Айвар получил начальное и среднее образование в Норвегии, после войны два года отработал на военном заводе и планировал стать инженером-механиком. Впрочем, почему планировал? Стал! В 1948 году он поступил в Норвежский технологический институт в Тронхейме и окончил его в 1952 году именно с дипломом инженера-механика.

Он успел еще отслужить год в армии капралом и поработать в Норвежском патентном бюро… Но в 1954 году начались проблемы с жильем и Айвар уехал в Канаду, искать лучшей жизни. Сначала он работал помощником архитектора, а потом попал в программу компании General Electric. В 1956 году он переехал в США и начал работать в исследовательском центре GE в Скенектади (штат Нью-Йорк), где занимался решением проблем в области прикладной математики, и именно там он заинтересовался физикой, параллельно поступив в аспирантуру при Политехническом институте Ренсселера и начав работать в группе по изучению физики твердого тела.

Джайевер занимался исследованием электрических переходов, разделенных очень тонкими изолирующими слоями. Тогда-то его и привлекли работы Лео Эсаки, который открыл явление туннелирования в полупроводниках — квантового «перескока» электронов сквозь сверхтонкий слой. Практически одновременно наш герой познакомился с туннельным диодом Эсаки и БКШ-теорией сверхпроводимости.

Лео Эсаки

Wikimedia Commons

Как говорила теория сверхпроводимости, взаимодействие электронов с атомными колебаниями в материале порождает запрещенные энергии электронов в сверхпроводнике — определенные уровни энергии, которые электронам в сверхпроводниках иметь «не разрешается».

Именно с этим Джайевер решил экспериментально разобраться: используя туннельный эффект, он установил, что эти запрещенные энергии можно наблюдать и точно измерять. Фактически он получил а) экспериментальное подтверждение теории БКШ и б) возможность получать огромное количество информации о сверхпроводниковых материалах.

Две ключевые статьи Джайевера в Physical Review Letters вышли в 1960 году: в августе Energy Gap in Superconductors Measured by Electron Tunneling, а в ноябре — Electron Tunneling Between Two Superconductors. Именно на работы Джайевера чуть позже опирался Брайан Джозефсон, делая свои нобелевские теоретические прорывы, которые привели к новым экспериментальным достижениям.

Так, опираясь друг на друга, японец, норвежец и британец пришли к одной Нобелевской премии на троих.

Во время представления лауреатов по физике Стиг Лундквист из Шведской королевской академии наук сказал: «В серии блестящих экспериментов и расчетов вы исследовали различные аспекты явления туннелирования в твердых телах. Ваши открытия проложили дорогу в новые области исследования и позволили достичь более глубокого понимания поведения электронов в полупроводниках и сверхпроводниках, макроскопических квантовых явлений в сверхпроводниках».

Сам Джайевер на церемонии сказал: «Дорога к научному открытию редко бывает прямой и не обязательно требует глубоких познаний и навыков. Я убежден, что неофит часто имеет преимущество перед знатоком именно в силу своего невежества, так как не может и представить всех сложных причин, по которым бессмысленно даже пытаться поставить данный эксперимент. Однако очень важно иметь возможность вовремя получить совет и помощь от специалистов различных областей знания. Я оказался в нужном месте в нужный момент времени и [...] обрел так много друзей, самоотверженно помогавших мне».