Современная электроника №7/2026

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 37 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2026 сивно проводились во многих разви- тых странах мира. Одним из лидеров в этих исследованиях была в то вре- мя Германия. Экспериментальное подтверждение теории Ферелла (правая ветвь на рис. 1) было впер- вые получено в Мюнхенском уни- верситете (Physikalisches Institut der Universität München – LMU). В 1960 г. Вульф Штайнманн (Wulf Steinmann), ассистент профессора (будущий рек- тор LMU), опубликовал в журнале Physical Review Letters статью об экс- периментальной проверке излучения, обусловленного плазменными колеба- ниями в тонких серебряных плёнках [7]. В этом эксперименте самонесу- щие тонкие серебряные плёнки, раз- мещённые в вакуумной камере, облу- чали электронами с энергией 25 кэВ. Самонесущая тонкая серебряная плён- ка (Self-Supported Silver Film) представ- ляла собой очень тонкий слой сере- бра, который удерживался в рамке и не лежал на сплошной подложке. Такая конструкция позволяла обеспе- чить условия, при которых электрон входил с одной стороны, проходил через металлический слой и выхо- дил в вакуум с другой стороны. При этом в плёнке возбуждались коллек- тивные электронные колебания. Свет регистрировали кварцевым спектро- графом со стороны падения электро- нов, что дало возможность работать в ультрафиолетовом диапазоне. В спек- тре излучения от серебра Штайнманн обнаружил довольно узкую линию при λ = 330 ±10 нм, соответствовав- шую энергии ℏ ω p = 3,75 ±0,1 эВ. Кро- ме этой линии был широкий фоновый континуум с длинноволновой сторо- ны. Для золотых плёнок при сопоста- вимом облучении подобной узкой линии не было обнаружено. Посколь- ку теория Феррелла предсказывала не просто наличие излучения, а конкрет- ную зависимость фотонного выхода от толщины плёнки, Штайнманн провёл дополнительные опыты с облучением быстрыми электронами трёх самоне- сущих Ag-плёнок толщинами 45 нм, 85 нм и 150 нм. У плёнки толщиной 45 нм наблюдалась выраженная узкая линия около 330 нм, соответствующая первому максимуму фотонного выхо- да. Для плёнки толщиной 85 нм эта линия исчезала, что отвечало миниму- му, близкому к нулю. В плёнке толщи- ной 150 нм линия около 330 нм появля- лась вновь, однако её интенсивность была существенно меньше, чем у плёнки толщиной 45 нм; это соответ- ствовало второму максимуму предска- занной зависимости. Такая картина объяснялась тем, что электрон воз- буждал колебание в плёнке, а волны и поля, связанные с двумя её поверх- ностями, при разных толщинах либо усиливали выход излучения, либо взаимно компенсировались. Именно такую картину предсказывала теория Феррелла для фотонного выхода. Кроме того, Штайнманн, проанали- зировав спектр электронных потерь, нашёл низкоэнергетический пик около 3,4–3,6 эВ. Его форма и ширина совпадали с формой и шириной опти- ческой линии. Данный факт автор объяснил тем, что если электрон воз- будил плазменные колебания, то дол- жен был потерять энергию ℏ ω p . Одна- ко, если эти плазменные колебания гасятся с испусканием ультрафиоле- та, фотон должен иметь ту же энер- гию, что и электрон. Таким образом, экспериментыШтайнмана подтверди- ли три вывода, вытекающие из моде- ли Феррелла: серебряная плёнка с возбуждёнными плазменными осцил- ляциями испускала узкую УФ-линию около ожидаемой плазменной часто- ты; интенсивность линии зависела от толщины; энергия фотона совпадала с энергией плазменного возбуждения, найденной по потерям электронов. В 1963 году молодой американский учёный Дуайт В. Берреман (Dwight W. Berreman), занимавшийся в Bell Labs проблемами спектроскопии кристал- лов, обнаружил, что тонкие плён- ки кубических ионных кристаллов диэлектриков обладают сильной поло- сой поглощения в ИК-диапазоне на частотах полярных продольных опти- ческих мод (Polar Longitudinal Optic Modes, LO-мод) длинноволнового пре- дела объёмного кристалла. Причём эта мода появлялась только при наклон- ном падении луча p-поляризованного света. Экспериментально Берреман наблюдал такую полосу в плёнках LiF (фторида лития). Её положение каче- ственно согласовывалось с расчётом, основанным на известной дисперсии диэлектрической функции LiF. Инте- ресно то, что этот эффект наблюдал- ся как при прохождении света через плёнку, так и в отражении, даже если плёнка была нанесена на толстую металлическую или диэлектрическую подложку. Необходимо отметить, что фторид лития является «идеальным» пред- ставителем класса кубических ион- ных кристаллов-диэлектриков. Это классический представитель данной группы материалов. Связь между ато- мами лития и фтора практически пол- ностью ионная. Кристалл состоит из чередующихся положительных ионов лития и отрицательных ионов фтора. Этот кристалл имеет очень широкую запрещённую зону, одну из самых больших среди всех твёрдых тел – около 13,6 эВ. Эти качества позволи- ли Берреману создать упрощённую математическую модель взаимодей- ствия с инфракрасным светом. Свои результаты Берреман опубли- ковал в журнале Physical Review [8]. Нужно сказать, что данная статья представляет собой классический пример научного открытия, опере- дившего своё время. Научное сооб- щество не осознало её истинного масштаба, восприняв как частный, узкоспециализированный эффект в спектроскопии. Много позже Берреман вошёл в исто- рию науки в паре с Ферреллом, посколь- ку оба эти великих физика независимо выявили один и тот же общий электро- динамический принцип тонкой плён- ки: в слое конечной толщины коллек- тивное продольное возбуждение может стать доступным для внешнего света, хотя в объёмном материале оно обыч- но не связано с поперечной электро- магнитной волной. У Феррелла таким возбуждением было электронное плаз- менное колебание тонкой металличе- ской плёнки, а у Берремана это про- дольная оптическая фононная мода полярной диэлектрической плён- ки. Несмотря на различие носителей колебания – электроны проводимости в металле и ионы кристаллической решётки в диэлектрике, – в обоих случа- ях решающими оказываются конечная толщина плёнки, продольное электри- ческое поле, нормальное к её поверх- ности, и область частот, в которой дей- ствительная часть диэлектрической проницаемости материала становит- ся близкой к нулю. Поэтому современная литература объединяет эти родственные радиа- ционные тонкоплёночные возбужде- ния под названием «моды Феррелла– Берремана» (Ferrell–Berreman Modes). Продолжая наш обзор с учётом даты публикации, мы переходим к дека- брю 1965 года, когда в другом немец- ком научном центре – Институте при- кладной физики (IAP) Гамбургского