Развитие физики светочувствительных материалов

Научно-исследовательский институт физики Одесского государственного университета им. И. И. Мечникова в 50х годах ХХ века стал ведущим научным центром в области физики светочувствительных материалов не только в Украине, но и на просторах бывшего Советского Союза. 1952 ознаменовался значительным достижением одесских физиков: за открытие и исследование тонкой структуры спектра поглощения фотохимического окраски директору научно-исследовательского института физики доктору физико-математических наук, профессору Е. А. Кириллову была присуждена Государственная премия СССР. Однако на этом работа над проблемой «Электронные процессы в кристаллах», которую проводил профессор Е. А. Кириллов со своими многочисленными учениками с первых дней основания института, не прекратилась. До 1964 года плодотворно работали вченифизикы Одесского университета под непосредственным руководством Е. А. Кириллова и достигли весомых научных результатов. Однако в работах известных исследователей Ю. А. Храмова, Д. И. Полищука, С. И. Голуба, В. М. Белоуса, В. А. Смынтыны и др.., Посвященных деятельности одесских физиков в области научной фотографии, очень кратко освещена деятельность коллектива физиков во главе с профессором Е. А. Кирилловым в период 1953-1964 годов.

Цель данной статьи подробно рассмотреть как разворачивались исследования по проблемам физики светочувствительных материалов в Одесском университете в этот период, определить основные направления научных исследований и вклад учеников Е. А. Кириллова в развитие теории научной фотографии. Широкие возможности предоставляет нам для этого Государственный архив Одесской области, в фондах которого хранятся годовые отчеты о научноисследовательские работу Одесского государственного университета им. И. И. Мечникова и его структурных подразделений, а также заметки и сообщения газеты «За научные кадры» периодического издания Одесского университета этого периода.

Как показывает анализ источников, в этот период в Научно-исследовательском институте физики Одесского университета, а также на кафедре экспериментальной физики профессором Е. А. Кирилловым и его учениками продолжалось всестороннее исследование скрытого фотографического изображения, продолжались традиционные исследования по изучению оптических, фотохимических и фотоэлектрических свойств полупроводящий металлов и диэлектриков, исследовался процесс образования центров поглощения кристаллов галоидного серебра и роли, которую они играют на разных стадиях фотохимического процесса, а также в явлениях люминесценции и внутреннего фотоэффекта в галоидного серебра. Практиковалась комплексная тематика. Кафедра экспериментальной физики проводила работу совместно с секторами научной фотографии, электронных процессов в кристаллах и электрофизики научно-исследовательского института физики. Теоретическое значение работ, которые велись в этом направлении, состояла в выяснении физических процессов, протекающих в кристаллах под действием света. Практическое значение заключалось в использовании результатов исследования в технологии фотографического эмульсионного процесса, а также в технологии полупроводниковых приборов. О важности этих работ свидетельствует тот факт, что научно-исследовательские работа проводилась в контакте со Всесоюзным комиссией по научной фотографии и Научно-исследовательском институте кино-фото-промышленности, кафедрой научной фотографии Московского государственного университета, с лабораторией фотохимии Института биохимии АН СССР.

Комплексная тема «Спектральное исследование поглощения света, люминесценции и внутреннего фотоэффекта в галоидных солях серебра», над которой работали одесские физики, состояла из отдельных темроздилив.

Так, старший научный сотрудник Е. А. Нестеровская работала над темой «Выцветание тонкой структуры спектра поглощения фотохимически окрашенного галоидного серебра в ультрафиолетовой и инфракрасной частях спектра при различных температурах». Были измерены спектральные границы выцветанию тонкой структуры. Выявлено влияние монохроматического освещения в области видимого спектра тонкой структуры из полосы в инфракрасной области спектра, что лежит за пределами избирательного выцветанию. Исследовано влияние температуры на выцветание полос тонкой структуры, что имело большое значение как для проблемы тонкой структуры, так и для теории фотографического процесса в целом.

Доцент Т. Я. Сера и старший преподаватель А. Г. Гуменюк, работая над темой «Тонкая структура в спектре поглощения фотохимически окрашенного галоидного серебра в зависимости от температуры окраски», разработали точную методику исследования процесса образования центров фотохимического окраску в зависимости от температуры.

«Спектральное исследование инерционности внутреннего фотоэффекта в хлористом серебре», выполненное К. Демидовым и К. А. Позигун, имело большое значение для выяснения процесса нарастания и убывания фототока в хлористом серебре.
Эти работы учеников Е. А. Кириллова были отмечены среди лучших работ, выполненных в университете в 1954 году.

В течение 1955-1956 годов Т. А. Нечаева работала над темой «Исследование оптического механизма явления сложной структуры в спектре поглощения тонких металлических слоев». Исследовались спектры поглощения в тонких металлических слоях серебра и липмановський эмульсии, исключая воздействие рассеянного света. Был разработан спектрофотометрический метод «двойного фотоэлемента» для учета рассеяния света при прохождении через мелкодисперсный поглощающий слой. Полученные результаты исследований свидетельствовали о том, что тонкая структура в спектре поглощения галоидного серебра, окрашенного под действием света, связана, в основном, не с рассеянием, а с истинным поглощением света.

Кандидат физико-математических наук Е. А. Нестеровская работала над темой «Исследование отступлений от правила избирательности при выцветанию фотохимически окрашенного галоидного серебра». Исследовались отступления от избирательности выцветанию на первичных и внутренних центрах, а также на слоях, содержащих предельно малые концентрации центров окраски. Было доказано, что первичные центры разрушаются под действием красного света как центры фотохимического окрасления с нарушением избирательности выцветания. Время красного освещения играет существенную роль для наблюдения эффекта выцветания. Разрушение первичных центров, в отличие от центров окраски, происходит равномерно по всему спектру. Внутренние центры, как и внешние, разрушаются под действием красного света с нарушением избирательности.

Научный сотрудник Г. Б. Гольденберг, работая над темой «Спектральные исследования процесса образования скрытого фотографического изображения» провела спектрофотометрических исследования действия монохроматического света на центры незажженные фотографической эмульсии, спектрофотометрических исследования Несен сибилизованих слоев мелкозернистой эмульсии, спектрофотометрических исследования поглощения центров скрытого изображения и сопоставила результаты, полученные спектрофотометрическим и спектрографическим методами. Полученные результаты свидетельствовали о том, что свет одной и той же длины волны при определенных условиях может разрушать и создавать центры тонкой структуры. Было выяснено, что кривые спектральной чувствительности мелкозернистой бромсрибнои эмульсии не имеют тонкой структуры, а спектр поглощения, полученный спектрографическим методом, обнаруживает ясно выраженную тонкую структуру. Это дало основание предположить, что центры тонкой структуры действуют, в основном, не как оптические, а как химические сенсибилизаторы.

В 1956-1957 годах доцент Ж. Л. Броун работал над темой «Спектрофотометрическое исследование центров примесей в реальных эмульсиях». Были проведены исследования химического сенсибилизации некоторых соединений. Было показано принципиальное сходство действия как восстановителя ионов двухвалентного олова и ряда производных. Путем сопоставления спектрофотометрических и спектро-сенситометричных данных показано возникновение под действием примесных центров длинноволновой спектральной чувствительности, в распределении которой есть полосы, предположительно Ж. Л. Броуна, связанные с тонкой структурой спектра примесей.

Кандидат химических наук К. А. Позигун течение 1955-1957 годов под руководством доцента К. Демидова изучала «Фотоэлектрические явления в тонких кристаллических слоях в присутствии десенсибилизаторов». Было исследовано фотоэлектрические свойства чистого бромистого серебра и, при наличии десенсибилизаторов, проведено исследование нарастания и убывания фотовольтаических эффекта в чистых препаратах и в присутствии десенсибилизаторов. Установлено, что в кристалле образуется повышенная концентрация электронов и вслед за первичным процессом происходит диффузия электронов из освещенной области в неосвещенный. Вследствие различной концентрации электронов в освещенной и неосвещенной областях возникает разность потенциалов. Электроны в процессе своего движения увлекаются ионами серебра. Действие десенсибилизаторов заключается в улавливании электронов, освобожденных светом.

Группа сотрудников научно-исследовательского института физики в составе старшего научного сотрудника Е. А. Нестеровской, доцента Ж. Л. Броуна и научного сотрудника Г. Б. Гольденберг под руководством членакореспондента АН СССР К. В. Чибисова работала над темой «Исследование спектра поглощения и выцветанию сернистого серебра ». Исследования были проведены спектрофотометрическим методом. Фотографические испытания сирчистосрибнои эмульсии показали ее незначительное светочувствительность по сравнению с бромсрибною. Было установлено, что спектр поглощения сернистого серебра имеет своеобразный характер. Тонкая структура слабо выражена и притом наблюдается, главным образом, в коротковолновой части спектра. Центры, которые образуются в сирчистосрибний эмульсии, не выцветают под действием красного света. Показано, что центры играют второстепенную роль в процессе образования скрытого изображения.

Доцент С. И. Голуб изучал «Природу центров люминесценции галогенидов серебра». Исследовалось влияние обработки галоидных солей серебра растворами галоидных солей ртути, влияние отжига, плавления и аддитивного цвета на люминесценцию. Было показано, что центры длинноволновых полос люминесценции являются поверхностно металлическими центрами различной кратности. Коротковолновая полоса люминесценции может нормально развиваться в более упорядоченной кристаллической решетке, ее центры связаны с дефектами решетки. Интенсивная люминесценция сублимат-фосфоритов получается после диффузии атомов серебра внутрь кристаллов.

В начале 1959 года одесские вченифизикы отчитывались о значительных достижениях в изучении фотохимических явлений, влияния полупроводниковых примесей на оптические свойства кристаллов, оптических свойств полупроводниковых соединений в возбужденном состоянии, оптических свойств тонких металлических пленок, роли десенсибилизаторов в фотографических явлениях. Значительный интерес вызвали работы молодых научных работников К. П. Крамал (электрическое исследования действия света на коллоидные растворы тяжелых металлов) и В. В. Михо (исследование электрических свойств некоторых полупроводников).

Следует отметить, что в Научно-исследовательском институте физики в указанный период продолжалось оснащение лабораторий научной фотографии, оптических и фотоэлектрических свойств полупроводников, электрофизики. Так, в 1958-1959 учебном году на эти цели было израсходовано 198 тыс. руб.

В 1960 году по проблеме «Электронные процессы в полупроводниках, металлах и диэлектриках» был выполнен ряд работ под руководством профессора Е. А. Кириллова, доцентов Ж. Л. Броуна, Т. Я. Сера, С. И. Голуба, К. Демидова.

Так, во время работы по теме «Спектральные исследования центров, возникающих в галоидного серебра, в связи с современными теориями фотографического процесса» кандидатом физико-математических наук Е. А. Нестеровской и старшим научным сотрудником Т. А. Нечаевой под руководством профессора Е. А. Кириллова была разработана новая методика исследования эмульсий в состоянии геля. Были обнаружены две полосы поглощения и выяснена природа центров, которые отвечают за них. Эта методика использовалась как для контроля спектральных свойств мелкозернистых эмульсий, так и для контроля поглощения из светочувствительности реальных эмульсий.

Старший научный сотрудник Г. Б. Гольденберг под руководством профессора Е. А. Кириллова работала над темой «Действие пластической деформации на первичные центры микрокристаллов в галоидного серебра». В данной работе был рассмотрен достаточно важный вопрос изучения спектрального распределения эффекта давление на первичные центры скрытого изображения и фотохимического окраски без наложения вторичных факторов, связанных с химической обработкой фотографических слоев.

Старший научный сотрудник М. М. Воронцова, работая над темой «Тонкая структура поглощения галоидных солей тяжелых металлов», под руководством профессора Е. А. Кириллова всесторонне изучала спектры солей различных металлов, взятых в виде растворов, и получила новый экспериментальный материал, что позволило уточнить и расширить существующие представления о строении растворов.

Доцент Ж. Л. Броун работал над темой «Спектральные исследования эволюции микрокристаллов в процессе созревания и длинноволновая светочувствительность». Эта работа была посвящена одному из важных вопросов теории фотографического процесса эволюции примесных центров при длительном химическом созревании и связанной с ней длинноволновой светочувствительностью. Как результат, им были получены новые данные о роли поверхностных и внутренних центров в процессе формирования чувствительности фотографического материала, а также выяснен механизм химической сенсибилизации эмульсии золотом.

Под руководством доцента Т. Я. Сер работали доцент А. Г. Гуменюк и ассистент В. Ф. Воронцов.
Доцент А. Г. Гуменюк исследовал «Влияние примесей йодистого серебра и золота в чистых кристаллах на образование центров поглощения фотохимически окрашенных галоидного серебра при различных температурах». В данной работе представленные экспериментальные исследования изменений спектра поглощения бромистого серебра в присутствии указанных примесей в зависимости от продолжительности воздействия ультрафиолетового света. При этом было показано, что фотохимическая активность бромистого серебра в присутствии золота значительно больше, чем при введении примесей йодистого серебра. Эти выводы имели практическую ценность при производстве фотоматериалов. Ассистент В. Ф. Воронцов, работая над темой «Оптические исследования влияния температуры подложки на фазовые сдвиги отраженной световой волны в тонких пленках металла», получил результаты, которые имели научный интерес в области теории электронных приборов.

Под руководством доцента С. И. Голуба работали Н. А. Орловская и М. П. Кирьякова. Н. А. Орловская исследовала «Зависимость яркости люминесценции галоидных солей серебра от интенсивности возбуждения». М. П. Кирьякова, исследуя «Структуру спектра поглощения в близкой инфракрасной области», распространила исследование на водные растворы и эмульсии. Полученные М. П. Кирьяков в видимой части максимумы имели одинаковый характер для всех исследуемых препаратов.

Старший научный сотрудник К. А. Позигун под руководством доцента К. Демидова работала над темой «Исследование фотоэлектрических свойств галоидных солей свинца и висмута». Во время исследования достаточно подробно было изучено влияние примесей на характер проводимости ионных полупроводников, фотоэлектрический эффект йодистого висмута, влияние внешнего электрического поля на поверхностную проводимость. Полученные результаты имели важное значение в вопросе определения возможности технического применения сложных веществ.

В 1962 году под руководством профессора Е. А. Кириллова по проблеме «Электронные основы фотографического процесса" группа сотрудников в составе М. М. Во Воронцова, К. П. Крамал, Т. А. Нечаевой, Г. Б. Гольденберг, Е. А. Нестеровской, Е. Н. Маковеевои работала над темой «Экспериментальное исследование природы центров, образующихся на первой стадии фотолиза». Целью исследования было изучение электронных и фотохимических процессов, возникающих в кристаллах полупроводников, диэлектриков и в ряде полидисперсных систем под действием различных физико-химические факторы. Эти данные имели важное значение для решения вопросов, связанных с проблемами светочувствительности фотографических слоев и возможностями прецизионного контроля состояния полидисперсных систем.

Разрабатывались также темы:
• «Спектральное исследование кинетики образования вуали и скрытого изображения» (руководитель доцент Ж. Л. Броун, исполнители А. Б. Пятницкая, Ж. С. Попова);
• «Центры захвата в явлениях люминесценции галоидных солей серебра» (руководитель доцент С. И. Голуб, исполнители Н. А. Орловская, Е. М. Храковська)
• «Исследование центров поглощения некоторых ионных кристаллов в вакуумной ультрафиолетовой области» (Руководитель доцент Т. Я. Сера, исполнитель О. Г. Ста сенко)
• «Исследование екзоелектроннои эмиссии некоторых полупроводниковых кристаллов» (Научный руководитель доцент Т. Я. Сера, исполнитель А. Д. Кнабе)
• «Влияние адсорбции газов и паров на электрические свойства тонких пленок германия и кремния» (руководитель доцент К. Демидов, исполнители В. Михо, В. К. Маринчик).

Кафедра экспериментальной физики 1962 года работала над темой "Влияние некоторых примесей на образование центров поглощения фотохимически окрашенного галоидного серебра при различных температурах» (руководитель доцент Т. Я. Сера, исполнители доцент А. Г. Гуменюк, ассистент Я. И. Майстренко). В результате исследований было установлено, что примеси золота способствуют более интенсивному фотохимическом окраске эмульсии. Авторами вне плана были проведены исследования эффекта Гершеля, которые показали, что центры, образованные при низкой температуре, менее устойчивы к действию красного цвета, чем центры, образованные при комнатной температуре.

Разрабатывались также темы: «Влияние температуры примеси на оптические и фотоэлектрические свойства серной ртути» (руководитель профессор Е. А. Кириллов, исполнитель ассистент В. Г. Зубрицкий), «Исследование оптических свойств некоторых интерметаллических соединений на основе сурьмы и селена» (руководитель доцент Т. Я. Сера, исполнители старший преподаватель В. Ф. Воронцов, ассистент Е. Г. Смирнова) «Влияние адсорбции газов и паров на электрические свойства тонких пленок германия и кремния (руководитель доцент К. Демидов, исполнители старший преподаватель В . В. Михо, ассистент В. К. Маринчик).

С 1963 года проблемы «Полупроводниковой электроники», координировались АН УССР, доцент А. Г. Гуменюк и ассистент Я. И. Майстренко под руководством Т. Я. Сер работали над темой «Эффект разрушения центров фотохимического окраски в галоидного серебра при различных температурах» . Исследовалось влияние температуры и примесей меди на спектр поглощения, обусловленный центрами фотохимического окраски галоидного серебра.

С 1960 года в Одесском университете начинается исследование оптических и фотоэлектрических свойств полупроводников группы сульфида кадмия. Так, В. Сердюк, работая под руководством Т. Я. Сер над темой «Спектр поглощения возбужденных полупроводниковых кристаллов селенистая, серного кадмия», изучал дополнительное поглощение в инфракрасной области спектра поликриста Личный слоев сульфида и селенида кадмия, связанное с освобождением дыр, которые ранее были заняты.
Изучение влияния обработки газовым разрядом монокристаллов сульфида кадмия на их фотоэлектрические свойства, которое проводилось в 1962 году, позволило составить некоторое представление о механизме возникновения фоточувствительности в зоне собственного поглощения. Исследование люминесценции полупроводников группы сульфида кадмия показали, что их можно разделить на две группы: кристаллы с зеленой и желтой люминесценцией и кристаллы, которые имеют только зеленую или только желтую полосы люминесценции.

Тема «Исследование фотоэлектрических и оптических свойств полупроводников группы сульфида кадмия при введении металлических примесей и некоторых видах обработки» выполнялась научно-исследовательской лабораторией физики полупроводников и кафедрой экспериментальной физики под руководством доцента Т. Я. Сер 1963 года. В работе принимали участие научные сотрудники Г. Г. Чемересюк, Н. В. Малую шин, А. Г. Стасенко, В. С. Бабинчук, А. И. Фурлей. Изучалось влияние примесей меди на спектральное распределение фототока в поликристаллическом селенида кадмия. Установлено, что при полной концентрации примеси спектральная чувствительность полупроводников сдвигается в сторону коротких волн. Эти данные имели важное значение для производства фотоспор с соответствующей спектральной характеристикой.

В 1964 году работа по исследованию фотоэлектрических свойств поликристалического селенида кадмия, активированного медью, была завершена. Показано, что в процессе температурной обработки селенида кадмия с медью может происходить образование закиси меди в межкристаллической слоях, что существенно сказывается на спектральном распределении фотопроводимости, интегральной чувствительности и инерции цийности образцов. При введении меди из раствора двухлористой меди активации по ликристаличного селенида кадмия происходит без заметного образования закиси меди. Была обнаружена и исследована отрицательная фотопроводимость монокристаллов селенида кадмия вблизи края собственного поглощения, возникающего в результате обработки газовым разрядом. Установлено, что указанная фотопроводимость существенно зависит от интенсивности действующего света, температуры и степени обработки кристаллов. При определенных условиях в кристалле одновременно существуют как положительное, так и отрицательный фотоэффекты.

Того же года доцент В. Сердюк и В. Г. Зубрицкий, работая под научным руководством профессора Е. А. Кириллова над темой «Исследование процесса рекомбинации и миграции энергии в кристаллах сульфида кадмия» по проблеме «Полупроводниковая электроника», которую координировала АН УССР, исследовали зависимость коэффициента инфракрасного гашения от длины возбуждающего света. Было показано, что при коротковолновом тушении фототок гасится слабо. При возбуждении фототока светом из области примеси также наблюдается уменьшение коэффициента тушения. Изучена зависимость эффекта гашения от напряжения. В опытах по тушению фототока одновременно двумя световыми пучками установлена корреляция двух полос инфракрасного гашения фототока. Сотрудники кафедры экспериментальной физики К. А. Позигун, В. Михо, Л. П. Прокопович, В. Ф. Воронцов, В. К. Маринчик, И. Сатанов, Е. А. Долбинова, Я. И. Майстренко, В. Ф. Иванов по плану важнейших научно-исследовательских работ Министерства высшего и среднего специального образования УССР под руководством доцентов Т. Я. Сера и К. Демидова также по проблеме «Полупроводниковая электроника» выполняли тему «Исследование электрических и оптических свойств некоторых элементарных полупроводников и их соединений ».
Результаты научных исследований ученики Е. А. Кириллова обобщали в диссертационных исследованиях. Так, в 1955 году защитила кандидатскую диссертацию старший научный сотрудник научно-исследовательского института физики Одесского университета им. И. И. Мечникова Н. Н. Воронцова.

В 1963 году защитили кандидатские диссертации старший преподаватель В. Сердюк («О возможности управления фоточувствительностью сульфида и селенида кадмия с помощью некоторых физических факторов») и старший преподаватель В. Михо [6, с. 14; 16]. В этом году защитила диссертацию К. П. Крамал.

Гольденберг А. Б. защитила кандидатскую диссертацию в 1964 году . Таким образом, в исследуемый период в Одесском университете под руководством Е. А. Кириллова созданный им мощный коллектив исследователей обнаружил и изучил ряд новых явлений и эффектов в области научной фотографии. Особое внимание уделялось исследованию люминесценции лужногалоидных кристаллов, поглощению света в ионных кристаллах, оптических и фотоэлектрических свойств галогенидов серебра в связи с изучением закономерностей образования скрытого фотографического изображения. Вместе с тем произошло расширение тематики научных исследований: началось изучение оптических и фотоэлектрических свойств полупроводников группы сульфида кадмия.