Мозг компьютера
По запросу «метод Чохральского» поисковик выдает огромное множество ссылок на научные статьи на разных языках, причем многие из них написаны совсем недавно. Вообще-то метод Чохральского настолько известен в мире, что его автора, Яна Чохральского, иногда называют «самым цитируемым польским ученым». Что же привлекает к этому методу такое внимание и почему имя его создателя упоминается в одном ряду с такими учеными, как Николай Коперник и Мария Склодовская-Кюри? Вроде бы ничего особенного, но без метода Чохральского нашего глобального информационного общества попросту бы не было.
Метод Чохральского используется для выращивания монокристаллов, включая кристаллы кремния, необходимые для производства микрочипов — мозга компьютера. Без этого метода не было бы ни компьютеров, ни мобильных телефонов, ни других современных электронных устройств. Поразительно, но несмотря на огромное значение изобретения Чохральского, у него на родине, в Польше, на многие десятилетия имя ученого оказалось под запретом — коммунистический режим приговорил его к забвению.
Либо окна, либо наука
А на холме городок такой крошечный,
С миниатюрными улочками,
Тесными, кривыми и извилистыми,
И домами помпезными и скромными
Так Ян Чохральский описывал свой родной город Кцыню в стихотворении «Замки из облаков» («Zamki z Chmur»), написанном им уже во взрослом возрасте. Он родился в 1885 году в семье столяра и был восьмым из десятерых детей. Судя по всему, юный Ян сумел окончить лишь начальную школу. Его интересовало не формальное образование, а химические эксперименты в подвале родительского дома в Кцыне. В результате одного из таких опытов в доме мальчика вышибло стекла.
Отец Яна был сыт по горло увлечением своего сына и поставил его перед выбором: либо прекратить эксперименты, либо покинуть отчий дом. Именно тогда, в возрасте шестнадцати лет, Ян решил жить самостоятельной жизнью и переехал в город Кротошин, где устроился на работу в аптеку. К 1904 году он перебрался в Берлин, поработал в другой аптеке (где ему разрешили проводить эксперименты в подсобке), после чего его наняла инженером крупная электротехническая фирма AEG (товарная марка AEG используется по сей день). Стоит напомнить, что на рубеже XIX–XX веков Польша была все еще поделена между Пруссией (Германией), Австрией и Россией. Кцыня и Кротошин находились в прусской (немецкой) части. В сложившейся ситуации переезд Чохральского в Берлин представляется естественным решением для провинциала, мечтающего о карьере. В AEG Чохральский отвечал за анализ качества и чистоты металлов и сплавов, с чем он прекрасно справлялся благодаря своим юношеским экспериментам. В свободное время поляк посещал лекции по химии в Техническом университете Шарлоттенбурга, а также лекции по искусству в Берлинском университете. Там он познакомился с пианисткой Маргерит Хаасе, которая в 1910 году стала его женой и родила ему троих детей. Три годя спустя вместе со своим начальником Вихардом фон Мёллендорфом Чохральский опубликовал свою первую статью по кристаллографии металлов, посвященную определению форм и структур металлических кристаллов. За ней последовало множество других статей и патентов. Чохральский работал преимущественно в области использования алюминия в электротехнологии.
Его труды не пропали даром — Яна Чохральского назначили руководителем лаборатории исследования металлов AEG. Однако в 1917 году он ушел из компании и открыл собственную исследовательскую лабораторию во Франкфурте. Созданная при помощи другой фирмы, она стала одной из крупнейших промышленных лабораторий в Германии того времени. Но еще до переезда во Франкфурт Чохральский совершил случайную ошибку — как выяснилось, судьбоносную.
Случай, с которого все началось
Говорят, что однажды вечером Чохральский, изучая кристаллизацию в своей лаборатории, положил записную книжку рядом с тиглем с расплавленным оловом. Намереваясь что-то записать, он случайно опустил металлическое перо не в чернильницу, а в олово. Быстро вынув ручку из расплавленного металла, он заметил, что за ее кончиком тянется тонкая ниточка затвердевшего олова. Кто-то другой, возможно, раздосадовано выбросил бы нитку — она ведь мешала писать — но только не Чохральский. Он изучил ее и установил, что ниточка представляет из себя кристалл, причем отдельный, известный также как монокристалл.
Таким образом совершенно случайно Чохральский открыл способ выращивания кристаллов. Он продолжил совершенствовать его. Узкое металлическое перо, запустившее процесс кристаллизации, заменил тонкой подвижной трубочкой. Это позволило ученому измерять скорость кристаллизации различных металлов — он проверял, как быстро ему удавалось выдернуть нитку, не сломав ее. В 1916 году Чохральский написал об этом методе статью под названием «Новый метод измерения скорости кристаллизации металлов» («Nowa Metoda Pomiaru Szybkości Krystalizacji Metali»), которая была опубликована два года спустя в немецком научном журнале «Zeitschrift fur Physikalische Chemie». В последующие годы метод активно обсуждали, но по понятным причинам в основном в контексте роста кристаллов.
Кристаллический бум
К концу 1940-х значительно вырос интерес к использованию этого метода именно для получения монокристаллов, а не просто измерения скорости их роста. Это было связано с изобретением транзисторов, для производства которых необходимы монокристаллические полупроводниковые кристаллы высокого качества. Спрос на такие кристаллы, обладавшие большей мощностью и эффективностью, а также гораздо дольше работавшие, резко вырос.
Самого Чохральского интересовало измерение скорости роста кристаллов, их производство оказалось для него неожиданным бонусом. Но сегодня его метод, приспособленный для массового изготовления, — это самый передовой способ выращивания монокристаллов.
Вот как Павел Томашевский, сотрудник Польской академии наук, оценивает значение метода Чохральского для так называемой цифровой революции:
«Распространено мнение, что без метода Чохральского полупроводниковой электроники нашего времени, с которой мы сталкиваемся на каждом шагу, просто не было бы, а наша жизнь сильно отличалась бы от нынешней. Этот метод используется для получения кристаллов кремния (…) для микрочипов, которые лежат в основе современных электротехнологий: компьютеров, мобильных телефонов, цифровых камер, чиповых банковских карт и многих других предметов повседневного использования. А мы и не подозреваем, что все они содержат кусочек кремния, выращенного по методу Чохральского».
Знакомство с Фордом и Гинденбургом
Разумеется, Чохральский не осознавал всей важности своего открытия. Для него самого это был лишь один из результатов работы, а вовсе не достижение всей жизни. Известность принесло ученому другое изобретение: сплав, не содержащий олова (в Германии в то время действовало эмбарго на импорт олова), который позволил конструировать гораздо более быстрые поезда (в Польше этот сплав известен как metal B ‘металл Б’). На изобретение сплава, запатентованного в 1924 году, ушло немало лет, но игра стоила свеч. Права на его использование выкупили у Чохральского многие страны, включая США, Францию и Великобританию.
Благодаря металлу Б Чохральский разбогател и прославился. Теперь он мог позволить себе личного шофера и отпуск на курортах Швейцарии. Узнав о его репутации первоклассного эксперта по металлам, Генри Форд предложил Чохральскому работать на него, но поляк после посещения американских заводов знаменитого автопромышленника предложение вежливо отклонил. Дела его шли прекрасно: в 1925 году Чохральский возглавил Немецкое общество наук о материалах, объединявшее специалистов по металлам. Два года спустя он общался с президентом Веймарской республики Паулем фон Гинденбургом на Международной выставке материалов в Берлине. Тем не менее несмотря на такой успех в 1928 году Чохральский решил оставить карьеру и переехал из Германии обратно в Польшу, которая десятью годами ранее обрела независимость.
Тайная преданность Польше
«Я приехал сюда трудиться на благо Польши, посвятить остаток жизни, сил и таланта этой стране. Я не желал никакой выгоды».
Эти слова Чохральский произнес вскоре после возвращения на родину. Согласно официальной версии, вернуться убедил его польский президент Игнаций Мосцицкий, сам признанный химик и изобретатель, который якобы поговорил с ним как ученый с ученым. По неофициальной версии, Чохральскому пришлось уехать из Германии, поскольку его должны были вот-вот разоблачить как агента польской разведки (такое предположение выдвинул известный журналист Стефан Братковский).
В пользу этой версии говорит тот факт, что вскоре после возвращения на родину Чохральский получил солидное финансирование от польских вооруженных сил на создание Института металлургии и металловедения. Институт, открывшийся в 1934 году, де-юре входил в состав Варшавского политехнического института, а де-факто подчинялся напрямую министерству обороны. До этого, еще в 1929 году, Чохральский возглавил факультет металлургии и металловедения, созданный специально для него все в том же университете. Поскольку решение предоставить столь важную университетскую должность человеку без формального образования выглядело по меньшей мере странным, Чохральскому на основании его значительных заслуг перед наукой присудили — одному из первых — степень почетного доктора Варшавского политехнического института. Там Чохральский продолжил свои исследования сплавов и кристаллизации металлов, а кроме того, выполнял заказы польских вооруженных сил (над чем именно он работал, неизвестно, поскольку все его военные проекты были засекречены).
Твои глаза полны слез
В Польше Чохральский зарабатывал в первую очередь своими патентами. Он приобрел роскошную виллу в престижном варшавском районе, а в родной Кцыне, где он проводил летние месяцы, построил впечатляющий особняк с двумя бассейнами. В варшавской резиденции Чохральского находилась его богатейшая коллекция картин и скульптур, но интерес ученого к культуре не сводился к жажде обладания предметами искусства. Томашевский пишет:
«Профессор Чохральский понимал, какую великую роль играет культура в жизни нации и отдельной личности — вот почему он покровительствовал искусству. Среди прочего он был одним из основателей варшавского Музея техники, предположительно помогал реставрировать усадьбу Шопена и финансировал археологические раскопки в Бискупине. Он любил искусство и дружил с художниками и писателями. Рецензии на его литературные опыты писали Юлиуш Каден-Бандровский и Людвик Сольский. (…) Его дом служил местом встреч варшавской творческой элиты».
Многочисленные литературные произведения (включая драмы и стихи) Чохральский писал для своих друзей и семьи, а не для широкой публики. Возможно, поэтому он взял себе псевдоним «Ян Палуцкий», от названия региона Палуки, в котором находится его родная Кцыня. Многие сочинения Чохральского судя по всему утрачены, но сборник его стихов (изданный под названием «Майя, любовная история» / «Maja, Powieść Miłosna») дошел до наших дней. В него вошло уже упомянутое стихотворение «Замки из облаков», а также «Твои глаза полны слез» («Twoje Oczy Są Łzawe»). Вот фрагмент последнего:
Твои глаза полны слез, загадочны,
как кристалл, на чьем ложе
дремало море тайн.
Обвинения в коллаборационизме
Вероятно, именно успех Чохральского заставил его менее известного коллегу из Политехнического института, профессора Витольда Броневского, выступить с клеветой против него в прессе. Броневский утверждал, что сплав, известный как металл Б, несовершенен, а сам Чохральский «по духу больше немец, нежели поляк». Все это вылилось в четырехлетний судебный процесс, завершившийся лишь в 1938 году снятием с Чохральского обвинений. Тем не менее некоторые университетские преподаватели приняли сторону Броневского.
Этот эпизод перекликается с событиями в жизни Чохральского в годы Второй мировой войны. После того, как нацисты захватили Польшу в 1939 году и закрыли все высшие учебные заведения Варшавы, Чохральский использовал все свои немецкие связи, чтобы обойти запреты. Он сумел добиться от оккупационных властей разрешения вновь открыть институт под названием Институт исследования материалов, проложив тем самым путь для возрождения и других факультетов. Вновь открывшиеся учреждения предоставили немало рабочих мест, и, следовательно, позволили многим избежать преследований нацистов (а кого-то даже спасли от депортации в Германию). Вот как вспоминает деятельность Чохральского профессор Гердзеевский, чей факультет находился по соседству с институтом знаменитого химика:
«Чохральский вел масштабную деятельность в двух направлениях — с одной стороны, он пытался получить как можно больше для института от немцев под предлогом осуществления ремонтных работ для армии; с другой, он вышел на подполье и начал снабжать его оружием, так необходимым повстанцам».
И действительно, институт Чохральского обслуживал технические нужды Вермахта, но также производил гранаты и запчасти для пистолетов для польского подполья. Многие сотрудники были солдатами сопротивления. Несколько лет назад в государственных архивах были найдены документы, однозначно доказывающие связь Чохральского с движением сопротивления. Но в те далекие годы для людей, не знавших о сотрудничестве Чохральского с подпольем, он подозрительно хорошо ладил с немцами. Особенно если вспомнить, что ему разрешили остаться в своем особняке в ставшем немецким районе города. Более того, в особняке Чохральского устраивались приемы, которые посещали немецкие военные.
Подобные известия наверняка шокировали тех, кто не знал всей правды. Жена Чохральского была немкой, и это упрощало для него взаимодействие с немцами. Он использовал свои контакты, чтобы помогать другим полякам по мере своих сил. Так, например, он помог многим выбраться из нацистских лагерей смерти. Чохральский по-прежнему приглашал к себе домой художников и писателей, стремясь поддержать людей культуры, обездоленных войной. Его щедрость познали писатель Леопольд Стафф и скульптор Альфонс Карный. Кроме того, Чохральский спрятал у себя дома некоторые картины из коллекции Национальной галереи искусства «Захента», иначе их могли вывезти или уничтожить нацисты.
Между молотом и наковальней
Ближе к концу Второй мировой войны Советский Союз навязал Польше коммунистический режим, видевший в каждом участнике польского подполья угрозу своему существованию. Власть считала, что люди, сражавшиеся с захватчиками в годы войны, могут восстать и против новой, чуждой им системы. Поэтому когда Чохральского в апреле 1945 года арестовали по обвинению в сотрудничестве с оккупационными немецкими властями в ущерб Польше, он не мог открыто заявить о своем участии в движении сопротивления — тем самым навлек бы опасность и на своих товарищей. Можно сказать, что Чохральский оказался между молотом и наковальней. К счастью, после расследования, учитывавшего показания многочисленных свидетелей, обвинения с ученого были сняты. В августе Чохральского выпустили из тюрьмы — ему посчастливилось избежать смертной казни.
Увы, вернуться на работу в Варшавский политехнический институт ему не разрешили. В декабре 1945 года, не обращая внимания на результаты недавнего расследования, совет университета исключил его из преподавательского состава, аргументируя свое решение тем, что Чохральский был слишком связан с немцами в годы войны. По мнению многих, подобное решение стало продолжением порожденных завистью обвинений, выдвинутых против Чохральского еще в 1930-е годы.
Заговор молчания
Чохральский, обесславленный советом университета, решил продать варшавскую виллу и переехал в особняк в Кцыне. Опираясь на свой опыт работы в аптеке, он открыл семейный бизнес по производству различных лекарств и бытовой химии. Его «Порошок от насморка с голубем» и другие товары пользовались такой популярностью, что он вновь разбогател.
Возможно, именно богатство Чохральского вызвало к нему повышенное внимание со стороны коммунистических спецслужб. К нему домой часто приходили с обыском и допросами. Во время одного такого визита в апреле 1953 года у Чохральского случился сердечный приступ, от которого он не сумел оправиться. Польский ученый скончался, так и не узнав, что открытому им методу выращивания монокристаллов предстоит изменить облик мира.
В последующие десятилетия имя Чохральского в Польше тщательно замалчивалось, запрещалось упоминать его даже в научных публикациях. Сложилась непростая ситуация: за границей Чохральский становился все более и более известным ученым благодаря достижениям цифровой революции, а в Польше даже прекрасно образованные люди и специалисты в области точных наук никогда о нем не слышали. Заговор молчания продлился практически до падения коммунистического режима в 1989 году. Но даже после краха коммунизма из-за сопротивления академического сообщества прошло немало лет, прежде чем поляки узнали об удивительной истории жизни Яна Чохральского, а его репутация была восстановлена.
Торжество справедливости
В 2011 году совет Варшавского политехнического института принял резолюцию, которая признавала Яна Чохральского высоконравственным человеком и великим польским ученым. В декабре следующего года польский парламент объявил 2013 год годом Яна Чохральского. В книге «Ян Чохральский — предтеча современной электроники» («Jan Czochralski prekursor współczesnej elektroniki») говорится о том, каким должно помнить этого человека:
«Всю свою жизнь и достижения профессор Ян Чохральский посвятил Польше и академическому сообществу, он выдающийся патриот и поляк, который заслуживает наибольшего внимания и почтения».
Автор: Марек Кемпа, август 2017.