Евге́ний Фёдорович Гро́сс (8 (20) октября 1897, Колпино, Санкт-Петербургская губерния — 4 апреля 1972, Ленинград) — советский физик-экспериментатор, основные работы посвящены оптике и спектроскопии твёрдого тела, исследованиям рассеяния света в конденсированных системах; открыл тонкую структуру линии рэлеевского рассеяния в кристаллах и жидкостях, — спектр рассеяния малых частот в кристаллах («гроссовские частоты»), предложил метод определения времени релаксации молекул из спектра рассеянного света, применимый к неполярным жидкостям; исследовал электронные спектры кристаллов; экспериментально доказал существование экситонов в полупроводниковых кристаллах; член-корреспондент АН СССР (1946), лауреат Сталинской (1946) и Ленинской (1966) премий.

Биография

Отец, Фёдор Христофорович Гросс (1855—1919) — начальник Адмиралтейских Ижорских заводов (1895—1908): до 1894 года — помощник начальника, с 16 января 1895 года — старший инженер-механик, с 1899 года флагманский инженер-механик. В бытность инженера Ф. Х. Гросса во главе предприятия, здесь был введён в строй комплекс металлургических цехов (1903—1905), производивших судовую броню на сталеплавильном, прокатном, кузнечно-прессовом и термическом оборудовании; заводу была отдана привилегия монопольного производства судовой брони в России. После гибели Первой и Второй Тихоокеанских эскадр заводы участвовали в воссоздании флота. В 1908 году по высочайшему повелению предприятие получает право обладания собственным флагом, что свидетельствовало о его особой роли в формировании русского флота нового поколения. В этот период при участии и непосредственно на Ижорских заводах построены крейсер «Очаков», эскадренный миноносец «Сильный» и другие миноносцы типа «Сокол», броненосец береговой обороны «Адмирал Ушаков», подводный минный заградитель «Краб» и другие суда. 10 ноября 1908 года генерал-майор Ф. X. Гросс назначен председателем правления Обуховского сталелитейного и Ижорского адмиралтейского заводов; в 1913 году — в той же должности, генерал-лейтенант инженер-механик, член конференции Николаевской морской академии. Состоял в Колпинском частном благотворительном обществе.

Хорошее представление об экономической составляющей вверенного его управлению производства, понимание важности теоретической базы и эксперимента, проведения химических и механических испытаний металла, которые, по словам Ф. Х. Гросса, «…есть путеводная звезда в стальном производстве» — всё это в определённой мере говорит и об умонастроениях, которые были свойственны среде воспитания, и которые предопределили выбор будущего физика-экспериментатора.^{[1] [2][3][4][5]}.

Краткая хронология

• 1915 — окончил курс реального училища в Петрограде;
• 1918 — поступил на физическое отделение физико-математического факультета Петроградского университета
• 1919 — приглашён Д. С. Рождественским в основанный им Государственный оптический институт (ГОИ) на должность лаборанта при мастерских;
• 1919—1922 — состоял в рядах Красной Армии, заведовал метеорологической и аэрологической лабораториями Высшей военно-воздухоплавательной школы в Ленинграде;
• 1924 — окончил физико-математический факультет Петроградского университета; оставлен при университете для подготовки к научной и педагогической деятельности;
• 1925 — 1 октября приглашен на место ассистента в Ленинградский государственный университет — начало педагогической деятельности;
• 1925 — 1933 — в Государственном оптическом институте, в различных должностях: от ассистента до действительного члена института и руководителя; с 1932 года — по совместительству в Научно-исследовательском физическом институте ЛГУ занимался научными исследованиями и работой с аспирантами;
• 1930 — открыл явление рассеяния света на акустических фононах в кристаллах и жидкостях;
• 1935 — в марте арестован, приговорён к 10 годам ссылки без права, после ее окончания, проживать в 10 городах СССР («минус десять»), выслан в Саратов в административном порядке (как пишет Е. Ф. Гросс в автобиографии: «За что — осталось для меня неизвестным»)^[6];
• 1936 — 5 марта Высшей аттестационной комиссией за работы по рассеянию света присвоена степень доктора физико-математических наук без защиты диссертации;
• 1936 — 8 августа постановлением Особого совещания НКВД высылка отменена ^[7], — возвратился в Ленинград;
• 1935—1936 — сотрудник Научно-исследовательского физического института Ленинградского государственного университета (НИФИ ЛГУ), заведующий отделом молекулярной физики;
• 1938 — 17 апреля утверждён в учёном звании профессора;
• 1938 — организовал кафедру молекулярной физики, которой заведовал до 1972 года (c 1987 года — кафедра физики твердого тела ^[8]);
• 1941 — с 12 июня по 22 июля директор НИФИ ЛГУ; в июле эвакуирован с группой сотрудников ЛГУ в Елабугу; организовал группу физиков для выполнения исследований по заданиям Государственного Комитета Обороны;
• 1944 — приглашён на должность заведующего лабораторией в Ленинградский физико-технический институт АН СССР для организации работ по оптике полупроводников, впоследствии — заведовал лабораторией;
• 1946 — в январе за научные исследования присуждена Сталинская премия; 4 декабря Общим собранием академии избран членом-корреспондентом АН СССР;
• 1965 — организовал оптическую лабораторию в Институте полупроводников АН СССР;
• 1967 — за научные исследования и научно-организационную педагогическую деятельность награжден орденом Ленина.^[9][10]

Е.Ф. Гросс умер в 1972 г., похоронен на кладбище в Комарово.

Вклад в науку

Как сказано в представлении к избранию в академию, Е. Ф. Гросс — ученый «с ярко выраженной научной индивидуальностью» (С. Вавилов и Д. Рождественский)^[10]. Но что касается того, в чём конкретно проявилась эта уникальность естествоиспытателя, через многие годы обозначили его ученики: «Сегодня уже трудно указать раздел спектроскопии жидкостей, стёкол или кристаллов, в развитие которого Ε. Φ. Гросс не внёс бы существенный, а часто и основополагающий вклад»^[11].

Евгений Фёдорович Гросс – автор научного открытия "Явление существования особого возбужденного состояния кристалла — экситона", которое занесено в Государственный реестр открытий СССР под № 105 с приоритетом от 1931 г.^[12]

В университете и в Государственном оптическом институте

Первые работы учёного посвящены исследованиям сверхтонкой структуры спектральных линий в газах. В 1926 году Е. Ф. Гросс совместно с А. Н. Терениным провёл исследование спектральных линий оптически возбуждённых паров ртути ^[13], — цезия и рубидия. В 1927 году он провёл спектроскопические исследования изумрудов^[14].

В самом конце 1920-х — начале 1930-х годов Е. Ф. Гросс начал исследования рассеяния в аморфных телах — плавленом кварце и стекле. В 1930 году Е. Ф.Гроссом было открыто явление рассеяния света на акустических фононах в кристаллах и жидкостях. В результате проведённой работы им впервые было показано наличие комбинационного рассеяния в аморфных телах — эффект Рамана (комбинационное рассеяния наблюдалось также Л. И. Мандельштамом и Г. С. Ландсбергом в 1928 году) — результаты, полученные Е. Ф. Гроссом, явилось также важным фактором в понимании строения стёкол и аморфных тел вообще, микроструктуры жидкостей и кристаллов. Далее Е. Ф. Гросс экспериментально доказал существование рассеяния от упругих тепловых волн в твёрдых и жидких телах. Теоретически эффект был был предсказан Л. И. Мандельштамом и Л. Н. Бриллюэном (1928; рассеяние Мандельштама — Бриллюэна), но, как в отношении его существования, так и в возможности экспериментального доказательства, отдельными учёными были высказаны сомнения. При всей сложности условий Е, Ф. Гросс сумел провести опыты, демонстрирующие справедливость гипотезы — экспериментально установить существование эффекта. Именно за эти работы Е. Ф. Гроссу в 1936 г. без защиты диссертации была присуждена ученая степень доктора физико-математических наук.^[11]

С межмолекулярными колебаниями в решетке и выяснением природы «крыльев» линии Рэлея в жидкостях связано открытие Е. Ф. Гроссом спектра рассеяния малых частот в кристаллах — «гроссовы» или «гроссовские частоты» (1935; совместно с Μ. Φ. Вуксом). Многие результаты этой работы теперь считаются классическими, они очень показательны в оценке масштабов его исследований, посвящённых рассеянию света, они наделены большим потенциалом для исследований рассеянного света, для решения фундаментальных проблем строения и свойств жидкостей, стекол и кристаллов, — оказали значительное влияние па развитие молекулярной оптики и принесли исследователю мировую известность, благодаря им он причислен к ведущим спектроскопистам.^[11]

Кафедра молекулярной физики

Открытие кафедры на физическом факультете ЛГУ намечалось еще в 1935 году, возглавить её должен был профессор В. К. Фредерикс, но в 1936 году его арестовали, а в конце лета 1936 года из саратовской ссылки, благодаря стараниям академиков Д. С. Рождественского и С. И. Вавилова, возвратился Евгений Фёдорович Гросс. В то время он был сотрудником ГОИ. Е. Ф. Гросса назначают исполняющим обязанности заведующего кафедрой (утвержден в должности 14 июня 1938 года ^[15] — это была первая в Союзе такая кафедра в системе университета ^[11]), которую он возглавлял до своей кончины^[16].

Основной задачей кафедры на протяжении всего времени её существования явились исследования оптики конденсированного состояния, что определялось научными интересами ее основателя и потребностью подготовки специалистов по данной тематике ^[17].

Новаторские работы Ε. Φ. Гросса посвящены связи рассеяния света с релаксационными явлениями в жидкостях. В 1940 году им был найден метод определения времени ориентационной релаксации молекул из спектра рассеянного света, применимый к неполярным жидкостям. За эту работу Е. Ф. Гросс в 1946 году был удостоен Сталинской премии, — избран членом-корреспондентом Академии наук СССР.^[18]

Начатое в довоенное время и продолженное в конце 1940-х изучение колебательных состояний в молекулярных кристаллах и жидкостях методами рэлеевского и рамановского рассеяния, с середины 1950-х годов, после открытия экситона Е. Ф. Гроссом и H. А. Каррыевым оптического спектра спектра поглощения экситона в закиси меди, было дополнено получившими интенсивное развитие экситонными исследованиями.

Физтех

В 1944 году Е. Ф. Гросс по приглашению академика А. Ф. Иоффе переходит в Физико-технический институт, оставаясь по совместительству сотрудником НИФИ ЛГУ. В Физтехе Е. Ф. Гроссом была создана оптическая лаборатория, активно сотрудничавшая с ЛГУ, и явившаяся базой для практических занятий студентов и аспирантов на высококлассном оборудовании.

В это время им были продолжены исследования комбинационного рассеяния света (изучение рассеяния второго порядка в кристаллах, позволяющее спектроскопически наблюдать весь упругий спектр решетки; исследования водородной связи в кристаллах и жидкостях и др.). Научные интересы Ε. Φ. Гросса смещаются к изучению электронных спектров кристаллов. Эти исследования учёный проводит главным образом в Физико-техническом институте.

Экситонные спектры полупроводников

Особое значение получило открытие водородоподобного спектра экситона в поглощении кристалла закиси меди. Оно явилось первым экспериментальным доказательством существования в полупроводниковых кристаллах квазичастиц — экситонов, предсказанных Я. И. Френкелем в 1931 г., и послужило началом широких исследований экситонных состояний в физике твердого тела.

Спектр экситона Ванье — Мотта — Гросса в кристалле Cu₂O впервые наблюдали в 1952 году E. Ф. Гросс и H. А. Каррыев и независимо — M. Хаяси (M. Hayasi) и К. Кацуки (К. Katsuki), но экситонная интерпретация спектра в работе японских авторов отсутствовала.

После этого открытия Е. Ф.Гроссом были организованы исследования по оптике полупроводников в Физико-Техническом институте и на Кафедре молекулярной физики в Университете. Он привлёк многих студентов своей университетской кафедры и выпускников физического факультета. Многие из из них в дальнейшем составили основу научно-исследовательских коллективов, работавших под руководством учёного в университете и в физтехе. В 1965 году Е. Ф. Гросс с целью интенсивного развития экситонного направления создал целевую группу, в которую вошли студенты третьего курса физического факультета. Подавляющее большинство из работавших с ним продолжило эти работы в созданной Е. Ф. Гроссом новой лаборатории Института полупроводников АН СССР.

За открытие и изучение свойств экситона Е. В. Гроссу и его сотрудникам была присуждена Ленинская премия по физике в 1966 году.

Е. Ф. Гроссом и Б. П. Захарченей^[19] были проведены новые исследования эффекта Зеемана, которые показали, что в спектре экситона кристалла закиси меди имеет место только квадратичный эффект, определяемый диамагнетизмом, и отсутствует, или очень мал, обычный линейный эффект, связанный с парамагнетизмом. Большая величина диамагнитного смещения в эффекте Зеемана Cu₂О указывает на огромный диамагнетизм экситона. Величина диамагнитного смещения дала возможность определить размеры экситона. Расчеты также позволили сделать вывод об огомных размерах диаметра экситона — порядка нескольких сот ангстрем. О существовании в кристаллической решетке таких огромных квазиатомов-экситонов говорит наблюдение трёх независимых явлений: водородоподобной сериальной зависимости, эффекта Зеемана и эффекта Штарка.^[11][20]

Е. Ф. Гроссом (с Б. П. Захарченей и П. П. Павинским^[21]) при изучении серии в Cu₂О в магнитном поле были обнаружены новые явления. Появление полос за границей серии, в магнитном поле, было связано с диамагнитными уровнями Ландау, теория которых относится к свободным носителям тока в кристалле. В случае экситона на эти уровни накладывается тонкая структура (проявляющаяся в спектре в виде линий на фоне полос), обусловленная слабыми кулоновскими силами, действующими между дыркой и электроном и за границей серии. Расстояние между полосами поглощения за границей серии в магнитном поле определяется величиной, являющейся полусуммой циклотронных частот электрона и дырки — «циклотронной частотой экситона».^[11][20]

В 1950-е—1960-е годы Е. Ф. Гроссом и его учениками исследованы разнообразные свойства экситонов в различных соединениях, что сняло неопределённость в понимании принадлежности водородоподобной структуры на краю поглощения экситонам Ванье — Мотта — Гросса. Работы, проведённые на кафедре молекулярной физики, эти опыты показали участие экситонов в фотоэлектрических процессах: были изучены излучательные процессы с участием экситонов, экситон-примесных комплексов и взаимодействие экситонов с фононами. Исследователи показали, что экситоны могут разрушаться или локализоваться около поверхности. Ими впервые обнаружены экситонные состояния в суперионных кристаллах, где одна подрешётка сильно разупорядочена. В сильных магнитных полях исследования показали, что так называемые уровни Ландау имеют экситонное происхождение. Много новых данных было получено при изучении оптических свойств разбавленных магнитных полупроводников.^[22]

Евгением Фёдоровичем Гроссом выполнено более 200 научных исследований, опубликованных в различных научных журналах. Часть этих научных работ, как уже отмечено, выполнялась им совместно с сотрудниками и учениками.

Школа

Е. Ф. Гросс создал новое научное направление в физике твердого тела — спектроскопия полупроводников, а на кафедре физики твердого тела в Университете и в Физико-техническом институте им.А.Ф.Иоффе РАН сформировалась научная школа Е.Ф.Гросса^[22]

В автобиографии он называет следующих исследователей, принадлежащих к этой школе физиков нового поколения: М. Ф. Вукс, В. Н. Цветков, И. Г. Михайлов, Н. А. Кузьмин, А. В. Коршунов, Ш. Ш. Раскин, Е. В. Комаров, А. И. Стеханов, В. И. Вальков, К. В. Нельсон, В. А. Колесова, Б. П. Захарченя, И. И. Новак, А. А. Каплянский, В. А. Селькин, Б. С. Разбирин, В. В. Соболев, М. А. Якобсон, Б. В. Новиков, М. Л. Белле, А. А. Шултин, И. М. Гинзбург, И. Пастернак, Л. Г. Суслина, Р. И. Шахмаметьев.^[9]

Но, конечно, это далеко не все, кто воспринял от учёного его мировоззрение, методику экспериментальных исследований и теоретического осмысления их результатов, — способность находить должное направление дальнейших фундаментальных изысканий, искать новые пути их развития. В числе их и те, кто слушал его лекции, читая которые, по словам доцента В. М. Сарнацкого, «Евгений Федорович... эмоционально и энергично рассказывал о физике кристаллов, о перспективах исследования и практического применения полупроводников». Вероятно, такая увлечённость учёного в немалой степени обусловлена его большим интересом к изобразительному искусству, которое Евгений Фёдорович очень хорошо знал и понимал.^[22]

Примечания