Яков Ильич Френкель

Яков Ильич Френкель (29 января [10 февраля] 1894, Ростов-на-Дону — 23 января 1952, Ленинград) — советский физик-теоретик, один из основоположников современной физики твёрдого тела, создатель теории жидких кристаллов, автор фундаментальных работ по ядерной физике, теории металлов, физике полупроводников и атмосферному электричеству. Член-корреспондент Академии наук СССР (1929).

Биография

Ранние годы и образование

Яков Ильич Френкель родился в семье адвоката Ильи Абрамовича Френкеля и Розалии Абрамовны Баткиной. В 1909 году окончил с золотой медалью реальное училище в Ростове-на-Дону. В 1913 году поступил на физико-математический факультет Петербургского университета, где его учителями были И. И. Боргман, Д. С. Рождественский и А. Ф. Иоффе. Уже в студенческие годы проявил незаурядные способности к теоретической физике: в 1915 году опубликовал первую научную работу, посвящённую теории земного магнетизма.

Научная карьера

После окончания университета в 1916 году был оставлен при кафедре физики для подготовки к профессорскому званию. В 1918 году начал преподавать в Политехническом институте (ныне — Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого), где работал до конца жизни. С 1921 года — профессор кафедры теоретической физики. В 1922 году защитил докторскую диссертацию на тему «Электричество и строение материи».

В 1920-е годы Френкель активно сотрудничал с Физико-техническим институтом (ФТИ) под руководством А. Ф. Иоффе, где возглавлял теоретический отдел. В 1929 году был избран членом-корреспондентом АН СССР. В 1930-е годы его научные интересы сместились в сторону ядерной физики и физики твёрдого тела.

В 1941 году, в начале Великой Отечественной войны, был эвакуирован в Казань, где продолжал научную работу. После войны вернулся в Ленинград, где занимался проблемами полупроводников и жидких кристаллов. Умер 23 января 1952 года в Ленинграде от сердечного приступа.

Научные достижения

Физика твёрдого тела

Френкель внёс определяющий вклад в теорию дефектов кристаллической решётки. В 1926 году он независимо от В. Шоттки разработал концепцию точечных дефектов (вакансий и межузельных атомов), известных как «дефекты Френкеля». В 1931 году предложил модель экситона — связанного состояния электрона и дырки в кристалле, которая объясняет механизмы поглощения света в полупроводниках и диэлектриках.

Он также создал теорию пластической деформации кристаллов, основанную на движении дислокаций. В 1934 году совместно с Т. А. Конторовой разработал модель дислокации (модель Френкеля — Конторовой), которая до сих пор используется для описания движения дефектов в кристаллах и свойств одномерных цепочек атомов.

Жидкие кристаллы

В 1931 году Френкель опубликовал работу «К теории жидких кристаллов», в которой впервые дал теоретическое обоснование существования мезофазы — состояния вещества, промежуточного между твёрдым кристаллом и изотропной жидкостью. Он показал, что жидкие кристаллы образуются из молекул вытянутой формы, которые сохраняют ориентационный порядок, но теряют трансляционный. Эта работа заложила основы современной физики жидких кристаллов, которые впоследствии нашли широкое применение в электронных дисплеях.

Ядерная физика

В 1935 году Френкель предложил капельную модель атомного ядра, которая рассматривала ядро как каплю заряженной жидкости. Эта модель позволила объяснить механизм деления тяжёлых ядер, что впоследствии было использовано при создании ядерного оружия. В 1939 году, после открытия деления урана, Френкель независимо от О. Гана и Ф. Штрассмана предсказал возможность цепной ядерной реакции.

Он также разработал теорию ядерных реакций, протекающих при высоких энергиях, и ввёл понятие «ядерной температуры» для описания возбуждённых состояний ядер.

Атмосферное электричество

В 1940-е годы Френкель занимался проблемами атмосферного электричества. Он создал теорию грозового электричества, объяснив механизм разделения зарядов в грозовых облаках за счёт трения ледяных кристаллов и капель воды. Его работы в этой области легли в основу современной физики молний и электризации облаков.

Теория металлов и полупроводников

Френкель внёс вклад в квантовую теорию металлов, в частности, в теорию электронной проводимости. В 1933 году он предложил модель, объясняющую зависимость сопротивления металлов от температуры через рассеяние электронов на тепловых колебаниях решётки (фононах). Он также разработал теорию выпрямления тока на контакте металл-полупроводник, что стало основой для создания полупроводниковых диодов.

Педагогическая деятельность

Френкель был одним из ведущих преподавателей теоретической физики в СССР. Он читал курсы по теоретической механике, электродинамике, квантовой механике и статистической физике в Ленинградском политехническом институте. Среди его учеников — академики А. И. Ансельм, В. М. Тучкевич и другие известные физики.

Он также написал несколько учебников, в том числе «Курс теоретической физики на основе лекций» (1933), который был переведён на многие языки. Его книга «Волновая механика» (1932) стала одним из первых учебников по квантовой механике на русском языке.

Основные труды

Френкель опубликовал более 300 научных работ, в том числе несколько монографий. Наиболее значимые из них:

• «Электричество и строение материи» (1922) — докторская диссертация.
• «Волновая механика» (1932) — учебник по квантовой механике.
• «Курс теоретической физики на основе лекций» (1933) — многотомное издание.
• «Теория жидких кристаллов» (1931) — статья, заложившая основы физики жидких кристаллов.
• «Капельная модель ядра» (1935) — статья, предсказавшая деление ядер.
• «Теория грозового электричества» (1946) — монография по атмосферному электричеству.

Признание и награды

• Член-корреспондент АН СССР (1929).
• Сталинская премия II степени (1947) — за работы по теории жидких кристаллов и атмосферного электричества.
• Орден Трудового Красного Знамени (1944).
• Медаль «За доблестный труд в Великой Отечественной войне 1941–1945 гг.» (1945).

В честь Я. И. Френкеля названы:

• Кратер Френкеля на обратной стороне Луны.
• Институт физики твёрдого тела РАН (входит в состав ФИАН).
• Улица в Ростове-на-Дону.

Интересные факты

• Френкель был одним из первых физиков, кто использовал понятие «дырка» в полупроводниках (1931), предвосхитив работы Шокли и Бардина.
• В 1930-е годы он активно переписывался с Альбертом Эйнштейном, обсуждая проблемы квантовой теории поля.
• Его сын, Виктор Яковлевич Френкель (1930–1997), стал известным историком физики и биографом отца.

Источники

• Френкель Я. И. Собрание научных трудов. — М.: Наука, 1970.
• Френкель В. Я. Яков Ильич Френкель. — М.: Наука, 1966.
• Храмов Ю. А. Физики: Биографический справочник. — М.: Наука, 1983.
• Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1975.