Николай Борисович Брандт

К 85-летию со дня рождения

 

 Николай Борисович Брандт родился 28 апреля 1923 г. в Москве. Николай Борисович происходит из династии Брандтов, выходцев из Голландии. Пра-...-прадед Н. Б. Брандта - корабельный мастер Карштен Брандт, которого Петр I пригласил в 1711 г. в Россию для организации кораблестроения. Вскоре он построил первый в России корабль - ботик Петра Великого, воспетый А. С. Пушкиным («Брандтов челн») в одном из своих стихотворений.

Николай Борисович окончил московскую среднюю школу №528 22 июня 1941 г. с аттестатом в золотой каемочке (Золотых медалей тогда не было). Любимым предметом Коли Брандта была физика. В 14 лет он создал дома портативную лабораторию, в которой конструировал радиоприемники, передатчики, модели «механических» телевизоров, спирали Тесла и катушки Румфорда, экспериментировал с вольтовой дугой. Уже в то время он сделал два интересных изобретения. Во время его экспериментов очень часто перегорали пробки - сгорали плавкие предохранители. Николай Борисович придумал электромагнитные предохранители, которых в то время вообще не существовало. Он использовал обычный электрический звонок с молоточком на упругой пружине. Ток проходил последовательно через катушку звонка и регулируемый механический контакт «с молоточком». Когда ток превышал определенное значение, молоточек притягивался к сердечнику катушки и удерживался защелкой. Цепь разрывалась. Чтобы включить ток, достаточно было потянуть за шнурок, соединенный с защелкой и освободить молоточек с пружинкой, который прижимался к контакту.

Другим изобретением был механический выпрямитель переменного тока. На переменном токе вольтова дуга горела плохо и неустойчиво, а на постоянном - очень хорошо. Для выпрямителя было использовано устройство подобное электрическому звонку, только вместо сердечника в катушке использовался постоянный магнит в виде брусочка. Ток проходил через катушку с магнитным сердечником и механический контакт с вибрирующим «молоточком». В этом устройстве контакт разрывался каждый раз, когда переменный ток менял направление, так что сохранялись только полуволны.

Учитель физики (он же директор школы) был настолько поражен этими устройствами, что попросил Николая сделать такие же для школы, где они хранились в физическом кабинете с надписью «изобретения ученика 9 класса Коли Брандта». В 10 классе учитель часто поручал ему проводить уроки по физике с физическими демонстрациями, многие из которых ставил сам «молодой преподаватель».

С конца лета 1941 г. и до конца ноября Николай Борисович работал на военном   заводе   №508   револьверщиком.  Простое   приспособление   к револьверному станку, которое он придумал, позволило ему выполнять по 2-3 нормы за 12-часовой рабочий день. Тогда работали в две смены: одну неделю  с 8 утра до 8 вечера, следующую - с 8 вечера до 8 утра.

В декабре 1941 г. его призвали в Армию. Войну он начал рядовым в маршевой роте, которая входила в отдельный лыжный батальон. Через несколько дней батальон был направлен на фронт. Первый бой состоялся в районе Можайска. Батальон понес большие потери. Николай Борисович был контужен и осколками мины ранен в ногу. После госпиталя он был направлен в Коломну, где формировался запасной стрелковый полк. После окончания полковой школы получил звание сержанта и был направлен в Рязанское пехотное училище. Осенью 1942 г. он стал лейтенантом. Его оставили в училище командиром взвода курсантов. В 1943 г. по приказу отдела особых поручений Генштаба Красной Армии его направили в спецшколу, где он изучил польский язык. Его назначили заместителем командира батальона в 1-ую офицерскую школу Войска Польского, части которого формировались под Рязанью. Осенью 1944 г Николай Борисович в составе Первой Армии Войска Польского отправился на фронт. Он уже был капитаном и командовал отдельным стрелковым батальоном. Участвовал в боях за освобождение Перемышля, затем Кракова. Был ранен, но все обошлось благополучно. Весной 1945 г. воевал в восточной Германии, закончил войну в немецком городе Бейтен. За проявленное мужество в боях награжден орденом Отечественной войны II степени, двумя польскими орденами - серебряным «Крестом Заслуги» и «Крестом Грюнвальда», несколькими медалями.

Окончилась война. И тут возникли две проблемы. Как вернуться в Красную Армию и как затем демобилизоваться, чтобы поступить на физический факультет МГУ, о чем он все время мечтал? С большим трудом первая проблема была решена, а вторая оказалась неразрешимой: начальник отдела кадров Генштаба Красной Армии генерал-полковник Голиков на заявлении Брандта поставил резолюцию «Оставить в кадрах» и дважды ее подчеркнул. Тогда Николай Борисович обратился к президенту АНСССР академику С. И. Вавилову с просьбой помочь. Сергей Иванович сказал, что есть приказ (в связи с атомной проблемой), разрешающий Академии демобилизовать из Армии 50 специалистов. Николая Борисовича включили в этот список, и осенью 1946 г. он стал студентом Московского Государственного Университета имени М. В. Ломоносова. И с этой поры вся его жизнь и деятельность теснейшим образом связана с Московским университетом. Здесь он получил диплом о высшем образовании, прошел все ступени научной иерархии: аспирант, младший научный сотрудник, старший научный сотрудник, доцент, профессор. Защитил диссертацию кандидата, а затем и доктора физико-математических наук, стал заведующим кафедрой, заведующим отделением физики твердого тела.

Николай Борисович Брандт является крупнейшим ученым в области физики твердого тела, выдающимся физиком-экспериментатором, человеком разносторонних научных интересов, обладающим исключительной физической интуицией, блестящим лектором.

Им основано и развито новое крупное научное направление - исследование веществ (и их энергетического спектра) в экстремальных условиях: при комбинированном воздействии сильных магнитных и электрических полей, высокого давления и одноосных деформаций, сильного легирования, радиации, низких и сверхнизких температур. Основная идея заключалась в следующем: каждое из перечисленных воздействий специфически изменяет энергетический спектр вещества. Если же предварительно изменить спектр путем сильного легирования или изменения концентрации твердых растворов изовалентных компонент (например, в полуметаллических сплавах Bi_xSb_1-х или трехкомпонентных узкозонных полупроводниках PbSn_1-хTe_x, сильно легированных In) и использовать комбинацию внешних воздействий (магнитного поля, давления, температуры и т.д.), то открываются практически неограниченные возможности целенаправленного изменения энергетического спектра веществ, получения новых, не существующих в обычных условиях фаз вещества, наблюдения новых эффектов и явлений.

Для этой цели на кафедре физики низких температур физического факультета МГУ был разработан и создан уникальный комплекс установок, позволяющих исследовать электрические, магнитные, квантовые осцилляционные эффекты и гальваномагнитные свойства веществ при комбинированном воздействии сильных постоянных (до 100 000 Э) и сверхсильных импульсных (до 800 000 Э) магнитных и электрических (10⁴-10⁶) В/см полей, исследовать вещества при статических давлениях до  300000атм. (в отдельных случаях до 800000 атм.), создавать сильные одноосные деформации (до 0,5 %) кристаллов без их разрушения, при низких и сверхнизких (до 0,03 К) температурах. Такими возможностями на протяжении десятилетий не располагала ни одна лаборатория в мире. Для сравнения можно напомнить, что знаменитая установка П.Л. Капицы в Институте физических проблем позволяла создавать импульсные магнитные поля напряженностью только до 300 000 Э и проводить измерения при температурах выше температуры жидкого азота (77 К).

В этом направлении под руководством и при личном участии Н.Б. Брандта был выполнен ряд крупных циклов работ, занимающих ведущее место в мировой науке, важнейшими из которых являются следующие:

-    Исследование энергетического спектра и свойств полуметаллов. Впервые установлена структура поверхности Ферми у висмута (модель Шенберга-Брандта). Открыты фазовые переходы в магнитном поле: металл - диэлектрик, диэлектрик - металл, при которых выше определенного значения магнитногополя у металлов исчезает, а у диэлектриков появляется электрическая проводимость (премия им. М.В.Ломоносова 1-ой степени, Н.Б.Брандт, 1968г.). Открыты бесщелевое состояние вещества и стационарно существующие экситонные фазы, являющиеся диэлектрическим аналогом сверхпроводников. В экситонных фазах, так же как в сверхпроводниках, образуются связанные состояния двух частиц (пары). Однако, в отличие от сверхпроводников,   где   спариваются  электроны,   в   экситонных   фазах спариваются частицы разных знаков с суммарным зарядом равным нулю. Вещества    в    таком состоянии    могут    обладать    третьим,    после сверхпроводимости       и      сверхтекучести, "сверхявлением"     
сверхтеплопроводностью  (открытие №156  в  Государственном реестре открытий СССР, Н.Б.Брандт, Е.А.Свистова, С.М.Чудинов, 1975г.). Открыты электронно-топологические фазовые переходы 2,5 рода под действием упругих   деформаций,   при  которых   скачком изменяется   топология поверхности    Ферми    (открытие    №238,    Н.Б.Брандт,    И.М.Лифшиц, Н.И.Гинзбург,   Я.Г.Пономарев,   1980г.).   Открыт   эффект   квантования магнитного потока в тонких металлических цилиндрах. Обнаружено, что магнитный поток в тонких металлических цилиндрах может принимать только определенные дискретные значения, кратные кванту магнитного потока, но с зарядом (-е), вместо (-2е) в сверхпроводниках. Этот цикл работ отмечен Государственной премией СССР (Н.Б.Брандт, С.М.Чудинов, 1982г.).

-   Проведены фундаментальные исследования энергетического спектра узкозонных полупроводников. Открыт новый класс фоточувствительных в ИК-области спектра (3 - 240) мкм радиационно стойких материалов с огромными временами жизни (до 10⁵ сек) неравновесных электронов в зоне
проводимости    (премия    Минвуза    СССР,    Б.А.Акимов,    Н.Б.Брандт, Е.П. Скипетров,    Д.Р.Хохлов,    1986г.).    Созданы    опытные    образцы фотоприемников, превосходящие по своим параметрам (обнаружительной способности и частотному диапазону) известные до сих пор. Прямое сравнение     величины     токовой     чувствительности     разработанного фотоприемника на основе PbSn_1-хTe(In) с лучшими токоприемниками, созданными в США "state of the art" BIB структурами на основе Si(Sb) и Ge(Ga)   показало,   что   в   диапазоне   длин   волн   (14,9   -   116) мкм чувствительность фотоприемника на основе PbSn_1-хTe(In)  на 3-7 порядков выше, чем у BIB структур, а частотный диапазон значительно шире, чем у известных фотонных приемников и соответствует рекордной длине волны более 241 мкм. Предельное значение красной границы у известных приемников составляет 220 мкм. Открыт фазовый переход металл - диэлектрик во времени, обусловленный коллапсом индуцированной светом поверхности Ферми. Цикл работ отмечен Золотой медалью им. П.Н.Лебедева АН СССР (Н.Б.Брандт, 1991г.) и Государственной премией РФ (Б.А.Акимов, Н.Б.Брандт, Е.П.Скипетров, Д.Р.Хохлов, 1995г.), двумя премиями Ленинского комсомола (Д.Р.Хохлов, 1982г. и Б.И.Акимов, 1983г.), премией им. И.И.Шувалова (Д.Р.Хохлов, 1994г.). Результаты исследований обобщены в монографии D.R.Khokhlov, ed. Taylor & Francis Books, 2003.

- Исследование систем с тяжелыми фермионами. Впервые показано, что при  переходе   от   слабых  к  концентрированным   кондо-системам  на поверхности  Ферми  образуется  тонкий  слой  тяжелых  электронов  с гигантским значением эффективной массы, сравнимой с массой протона. Впервые показано, что в сверхпроводящем спектре тяжелых фермионов существует линия, на которой энергетическая щель обращается в нуль (премия Ленинского комсомола, В.В.Мощалков, 1985г.).

Исследования графита, слоистых соединений графита, интеркалированных слоистых полупроводников. Обнаружен эффект суперпроводимости у монохлорида йода. Это соединение, не имеющее ни одного металлического атома, имеет проводимость при комнатных температурах близкую к проводимости меди. Впервые получены и исследованы гетеринтеркалированные соединения и показано, что такие соединения обладают намного большей электропроводностью, чем при однородном интеркалировании. Впервые синтезированы и исследованы интеркалированные соединения слоистых полупроводников. Результаты исследований обобщены в монографии N.B.Brandt, S.M.Chudinov, Ya.G.Ponomarev, "Graphite and its compounds" (Amsterdam- Oxford, New York, Tokyo, 1988, 499p.)

-   Проведены комплексные исследования явления сверхпроводимости. Открыт   новый   класс   сверхпроводящих   соединений,    образованных несверхпроводящими  компонентами (премия им. Папалекси АН СССР,Н.Е.Алексеевский,    Н.Б.Брандт,    Т.И.Костина).    Впервые    проведены исследования свойств сверхпроводников при давлениях до 300 катм при низких и сверхнизких температурах и разработана принципиально новая методика,      позволяющая      исследовать      электрические      свойства сверхпроводников при давлениях до 800 катм. Впервые показано, что при сжатии   сверхпроводников   1-го   рода   их   температура   перехода   в сверхпроводящее состояние экспоненциально уменьшается и монотонно обращается в нуль при некотором критическом давлении, без изменения кристаллической структуры вещества, что имеет принципиальное значение для понимания природы сверхпроводимости (премия Ленинского комсомола, А.И.Буздин, 1986г.).

Кроме указанных выше циклов работ открыт эффект дрейфового электронного резонанса в двумерных электронных структурах, обладающих квантовым эффектом Холла. Открыт второй порог акустической кавитации в жидкостях при равенстве линейной скорости вибратора и скорости звука в кавитирующей жидкости. Выше второго порога кавитации полностью исчезает кавитационное разрушение материалов, а скорость целого ряда химических реакций в жидкостях возрастает в (10⁴- 10⁵) раз. Обнаружено, что возникновение упорядоченной системы вакансий (вакансионных решеток) в металлических сплавах приводит к их диэлектризации в области сверхнизких температур.

Работы аспирантов и студентов, работающих в этом направлении за последние 30 лет отмечены 5 премиями на конкурсах молодых ученых г. Москвы и Московского Университета, 14 премиями на конкурсах молодых ученых физического факультета, 35 премиями на Всесоюзных конкурсах студенческих работ, 16 премиями на городских конкурсах студенческих работ и 31 премией на конкурсах им. Р.В.Хохлова дипломных работ физического факультета МГУ.

На базе этого направления создана одна из самых крупных научных школ в России. Николай Борисович подготовил более 70 кандидатов и 19 докторов физико-математических наук.

По тематике школы за период с 1970 года сделано более 100 приглашенных докладов на Международных и Всесоюзных конференциях и Совещаниях.

Н. Б. Брандт является выдающимся педагогом. Им разработаны программы подготовки специалистов по физике твердого тела и физике низких температур, используемые в университетах России и СНГ. Создан ряд оригинальных лекционных курсов. Он удостоен званий «Отличник народного просвещения» (1971), «Отличник просвещения СССР» (1978), награжден почетной медалью за заслуги в развитии высшего образования в ГДР (1980). За научную и педагогическую деятельность ему присвоено почетное звание «Заслуженный профессор МГУ» (1994) и звание лауреата Ломоносовской премии МГУ 1-степени (1996).

Н.Б.Брандт, автор 2 крупных открытий, внесенных в Государственный реестр открытий СССР, 30 патентов и изобретений, 18 монографических обзоров, более 600 научных работ, 10 учебников и монографий, изданных в России и за рубежом. Лауреат Государственных премий СССР и РФ, Национальной технологической премии РФ (2004), дважды лауреат Ломоносовских премий МГУ I степени (за научную и педагогическую деятельность), лауреат премии им. Папалекси АН СССР и золотой медали им. П.Л.Лебедева РАН, премии Минвуза СССР. Заслуженный деятель науки РФ (1984), Заслуженный изобретатель СССР, Заслуженный профессор МГУ. Почетный доктор двух зарубежных Университетов, член нью-йоркской академии наук, заслуженный Соросовский профессор.

По данным журнала "Current Contents" за последние десятилетия XX века Н. Б. Брандт входит в число 25 физиков России и СНГ, имеющих наиболее высокий индекс цитируемости в научной литературе.

Желаем здоровья, благополучия и долгих - долгих лет творческой жизни, новых открытий.

Благодарные ученики и коллеги по работе