В просторы космоса, в глубины атома [Пособие для учащихся]

Поиски новых материалов для гетероструктур — чрезвычайно трудоемкая экспериментальная работа. Ведется она, разумеется, не вслепую, каждый новый результат анализируется с позиций тонкой теории полупроводников, из него извлекаются какие-то полезные выводы для следующих проб.

Исследование сложных трехкомпонентных растворов привело к парадоксальному, казалось бы, выводу: нужно еще больше усложнить систему, от трех веществ перейти к четырем. Работать с четырехкомпонентной системой, конечно, сложней, чем с трехкомпонентной, — резко возрастает число возможных комбинаций исходных веществ. Но одновременно и больше возможностей для согласования различных областей сложной гетероструктуры. Именно сделав трудный шаг к четырехкомпонентным твердым растворам и начав, по сути дела, новый раунд исканий, молодые физики в итоге добились успеха — созданные ими гетероструктуры дали лазерное излучение и сдвинулась, наконец, вверх сама частота излучения — удалось получить оранжевый лазерный луч и даже зеленый.

И еще один результат — о нем рассказывает Жорес Иванович Алферов:

— Работа, удостоенная премии Ленинского комсомола, не просто находится на передовых рубежах мировой науки, результаты работы на ряде участков далеко продвинулись за эти рубежи. Выполненные в условиях жесткой конкуренции с крупными научными центрами США и Японии, эти исследования дали нашей стране лидирующее положение в одной из важных областей физики и технологии полупроводниковых приборов. Хочется особо отметить, что методы исследований и технологические приемы были получены самими молодыми физиками, а не их старшими товарищами. И таким образом, важным результатом всей этой работы нужно, наверное, считать рождение четырех серьезных исследователей со своим научным почерком — исследователей, умеющих принимать самостоятельные решения и брать на себя ответственность за их результаты.

2:0 в пользу телевизора

Успехи микроэлектроники позволили создать приставку к телевизору, которая превращает его экран в своего рода спортивную площадку и позволяет вам, не выходя из комнаты, играть в „хоккей“, „теннис“ и другие телевизионные игры.

Очень похоже, что телевизор — это размноженное миллионными тиражами чудо радиотехники и электроники — осваивает новый развлекательный жанр и тем самым выигрывает еще один раунд в борьбе за наш досуг. Речь идет о домашних телевизионных играх, в которых экран телевизора, полностью отключившись от программ, прибывающих из эфира, становится ареной очень забавных состязаний, таких, например, как «теннис», «хоккей», «футбол». Играете вы в них со своим сидящим рядом партнером, и это развлечение чем-то напоминает настоящий теннис или настоящий хоккей. С той, конечно, разницей, что не нужно бегать и прыгать, ударять клюшкой или ракеткой, не нужно преодолевать усталость, утирать соленый пот с лица и в борьбе за победу выкладывать свои физические силы. Все атрибуты телевизионной игры — хоккейные ворота или теннисная сетка, мяч, шайба, клюшки, ракетки, границы поля — в виде некоторых условных фигурок и линий появляются на телевизионном экране, и, сражаясь с противником, вы ударяете «ракеткой» по «мячу», двигая для этого рычажки или поворачивая ручки.

Чтобы читателю легче было представить себе, что такое домашние телевизионные игры, попробуем более или менее подробно описать одну из них — простейший теннис. (Мы, пожалуй, больше не будем употреблять кавычки, иначе они просто заполонят эти страницы; все называемые дальше спортивные игры и предметы спортивного инвентаря — это не более чем условность.)

Игра осуществляется с помощью небольшой, размером с книгу, приставки, от которой идет кусок кабеля со штекером на конце. Этот штекер включается в антенное гнездо телевизора; сама телевизионная антенна при этом, конечно, вынимается из гнезда. На приставке несколько ручек управления, в том числе две ручки, поворотом которых игроки двигают по экрану свои ракетки.

Телевизор включен, нажата клавиша включения приставки, и на экране сразу же появляются две горизонтальные тонкие линии— границы игровой площадки (рис. 2, а). В середине площадки проходит вертикальная линия — это сетка. Справа, у самого края площадки, небольшой, длиной 3–4 см, вертикальный прямоугольник — это наша ракетка. А у левого края площадки такая же ракетка противника.

Вверху по обе стороны от сетки две цифры — это счет. Пока, конечно, счет 0:0, игра еще не начата.

Ну что ж, начнем, пожалуй… Нажимаем соответствующую клавишу приставки, и на экран выплывает яркая белая точка — мяч. Он быстро летит по прямой линии слева направо, перелетает сетку (точнее, проходит сквозь нее — все ведь происходит на плоскости) и движется уже по нашей половине поля куда-то вправо-вниз… Нам нужно быстрее повернуть ручку, переместить свою ракетку вниз и отбить мяч (рис. 2, б)… Кажется, успели — мяч отбит и летит в сторону противника (рис. 2, в)… Теперь уже ему, противнику, нужно вовремя переместить ракетку в предполагаемую точку встречи с мячом… Но противник перестарался — он слишком высоко поднял ракетку, мяч проскочил мимо нее, ушел за пределы площадки (рис. 2, г), и индикатор счета сразу показал 1:0 в нашу пользу. Ура!

Мяч снова в игре, он влетает на площадку в направлении проигравшего… На этот раз противник успевает, отбивает мяч, и тот опять летит на нас, летит вправо-вверх. Ситуация знакомая — быстро поднимаем ракетку (рис. 2, д)… Но что это? Мы, оказывается, просчитались — не учли, что мяч шел под очень большим углом и из-за этого ударился о верхнюю границу площадки…

По правилам данной игры мяч отражается, отлетает от горизонтальных границ поля (обычно вертикальных границ вообще нет, и мяч может легко уйти, но только влево или вправо, а вверх или вниз не может), резко поворачивает вниз, и мы уже не успеваем подставить ракетку (рис. 2, е)… Ничего не поделаешь — 1:1.

Современного человека окружает огромное множество самых разнообразных машин, приборов, аппаратов, и, конечно же, невозможно знать, как все они устроены, как работают. Невозможно и не обязательно. Есть немало фотографов-любителей, которые делают прекрасные слайды, хотя и не знают, как образуется цветное изображение на обратимой пленке. И немало шоферов-любителей, которые прекрасно водят машину и при этом знать не хотят, что происходит, когда нога нажимает педаль сцепления. Ну а без знания заэкранных секретов телевизионной игры наверняка можно прожить: чтобы точно двигать ракетку, совсем не обязательно понимать, как именно эта ракетка нарисована на экране и как перемещается, как двигается мяч, ведется счет, зажигаются цифры.

И все же в расчете на пытливого читателя, на возможные вспышки любопытства мы уделим этим процессам немного внимания. Совсем немного. А попутно заметим: в телевизионных играх электроника использует свои классические методы и сломы, знакомство с ними может пригодиться при встрече с техникой, далекой от развлечений.

Начнем с описания двух простейших опытов. Один из них вы, наверное, уже наблюдали или даже непреднамеренно проделывали сами: если вблизи телевизора включить электробритву с моторчиком, например «Харьков», то на экране замелькает множество черных и белых пятен и пятнышек. Второй опыт следует проделать специально — он очень прост и совершенно безопасен. Вставьте в антенное гнездо телевизора кусок провода (рис. 1) и набросьте его на включенный транзисторный приемник — на экране появятся замысловатые узоры, прямые и волнистые линии, темные и светлые пятна. Если поворачивать переключатели диапазонов или вращать ручку настройки приемника, то узоры эти придут в движение, а при некоторых положениях ручки настройки они остановятся и будут оставаться в сравнительно устойчивом состоянии.

Теперь вывод: посторонний электрический сигнал, попав в телевизор, может создавать на экране какие-то элементы картинки. Почему мелькает экран, когда рядом работает бритва? Потому, что искрит коллектор ее моторчика, в процессе искрения в цепи резко меняется ток, резкие электрические всплески тока каким-то образом проникают в телевизор (либо через сеть, либо прямо через антенну) и именно они, эти незваные электрические сигналы, поочередно создают на экране бессчетные блики. Примерно то же самое происходит и в опыте с приемником. Практически все современные приемники — это супергетеродины, у них внутри имеется собственный вспомогательный генератор — маломощный гетеродин. Если приблизить приемник к антенне телевизора, то в нее попадет сигнал гетеродина — слабый меняющийся ток. Подобно трамвайному «зайцу», он доберется до конечной станции — до управляющего электрода кинескопа, а всякий сигнал на управляющем электроде — это светлое или темное пятнышко на экране; именно на этом основано создание картинки при нормальной телепередаче.

Рисование на телевизионном экране с помощью синтетических сигналов известно давно. Вспоминается, как лет 10 назад в журнале «Радио» была описана приставка, которая, используя оригинальный способ электрического рисования на экране, превращала телевизор в осциллограф. В этой приставке, кстати, уже в готовом виде были схемные решения, которые сейчас встречаются во всех телевизионных играх. Другой пример. Телецентры в паузах передают в эфир неподвижные картинки, например задернутый занавес. Иногда такой занавес передается традиционным способом (телекамера смотрит на настоящий занавес и посылает его изображение нам), а иногда — от специального «генератора занавеса». Он вырабатывает определенные серии электрических сигналов, которые через телепередатчик приходят в телевизор и рисуют на его экране. Никакого настоящего занавеса и в помине нет, мы видим «полотнище», созданное виртуозом-генератором. И наконец, еще один представитель электронной живописи — дисплей, устройство, где на телевизионном экране с помощью серии электрических импульсов рисует и пишет компьютер, сообщая результаты своих размышлений.