Современная электроника №8/2026

СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 32 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2026 К 130-летию со дня рождения великого советского физика Игоря Евгеньевича Тамма. Часть 7. Оптические уровни и плазмон-поляритоны Тамма Эта статья завершает серию публикаций о научном наследии Игоря Тамма, в которой была проанализирована эволюция идей Тамма и его учеников от 1930-х годов до наших дней. Среди различных направлений, которыми в различные периоды своей жизни занимался Игорь Тамм, мы остановились на тематике, связанной с взаимодействием света с электронами на границе металла и диэлектрика. Данное направление, начавшееся с разработки теории «таммовских поверхностных состояний», логически продолжилось открытием оптических состояний Тамма (Optical Tamm States – OTS), а затем плазмон-поляритонов Тамма (Tamm Plasmon-Polaritons – TPP). Именно этим двум явлениям посвящена настоящая статья. Виктор Алексеев Введение Напомним, что мы начали описание основных научных достижений Игоря Тамма c обзора статьи, опубликован- ной в 1932 году, в которой было теоре- тически предсказано существование нового физического состояния, полу- чившего в настоящее время устойчи- вое название «поверхностные состо- яния Тамма» – ПСТ (Surface Tamm States – STS) [1]. Суть этого явления, как его описы- вал Тамм, заключалась в том, что гра- ница кристалла представляет собой особую область с собственными элек- тронными состояниями и свойства- ми, отличными от свойств объёмно- го материала. Прежде чем перейти к дальнейше- му описанию этого состояния, нужно отметить, что состояния Тамма часто путают с эффектом Шокли. Несмотря на то что это два физически разных механизма, они в конечном итоге формируют одинаковые, на первый взгляд, результаты. В модели Игоря Тамма (1932 г.) элек- тронный уровень появляется внутри запрещённой зоны, и электрон на нём «прижат» к поверхности кристалла. Однако этот уровень возникает пото- му, что потенциал на самом краю кри- сталла сильно отличается от потенци- ала внутри. На границе кристалла с одной стороны объёмная структура, а с другой – вакуум с потенциальным барьером, определяемым энергией работы выхода. Крайний атом ока- зывается в иных условиях, чем сосе- ди внутри, и его собственная энергия сдвигается. Если сдвиг небольшой, ничего особенного не происходит. Если сдвиг превышает некоторый пороговый уровень, возникает новый уровень в запрещённой зоне. Волно- вая функция такого состояния экспо- ненциально затухает как вглубь кри- сталла, так и в вакуум. Таким образом, ПCТ появляется только при достаточ- но сильном возмущении поверхност- ного потенциала, а его энергия лежит в запрещённой зоне. Шокли рассмотрел другую модель, в которой разрешённые зоны обра- зуются из разных атомных состоя- ний (например, s и p). При сближе- нии атомов эти зоны пересекаются. В такой системе на поверхности появ- ляется уровень «без порога» в запре- щённой зоне, даже когда кристалл обрезан симметрично и «идеально». В этом случае у атома на поверхности соседей меньше, чем внутри, поэтому часть его гибридных орбиталей оста- ётся неиспользованной. Этот подход получил название «ненасыщенные связи» (Dangling Bonds), локализован- ные на поверхности [2]. Необходимо особо подчеркнуть, что, несмотря на многочисленные попыт- ки, отмеченные поверхностные состо- яния Тамма и Шокли крайне сложно было подтвердить экспериментально с использованием существовавших в то время методов. Так, например, Браттейн и Бардин (W.H. Brattain, J. Bardeen) исследова- ли реальные поверхности германия. Они изучали, как поверхность полу- проводника реагирует на внешние воздействия, в том числе на свет. Они выяснили роль окислов и адсорбатов в образовании поверхностных явле- ний. Однако по результатам их экспе- риментов связать эти состояния имен- но с механизмом Тамма или Шокли было нельзя [3]. В работе [4] Аллен и Гобелли измери- ли работу выхода и порог фотоэффек- та на атомарно чистой поверхности кремния Si(111), расколотой непосред- ственно в сверхвысоком вакууме. Полученные ими результаты свиде- тельствовали о наличии поверхност- ных состояний в запрещённой зоне на чистой неокислённой поверхности. Поверхностные состояния на чистой поверхности Si связывали, в частно- сти, с ненасыщенными (оборванны- ми) связями поверхностных атомов. Такая трактовка соответствовала модели Шокли. Эти работы подтвердили возмож- ность существования поверхност- ных состояний, предсказанных теори- ей Тамма и Шокли. Однако их нельзя считать прямым наблюдением там- мовских состояний в чистом виде. Были и другие многочисленные попытки экспериментальных доказа- тельств существования ПСТ и уровней Шокли. Однако десятилетиями не уда- валось наблюдать эти состояния в той чистой форме, в какой их рассматри- вали Тамм и Шокли [5]. Дополнительная информация об успешных экспериментах с поверх- ностными уровнями Шокли приве- дена в работе [6]. Дальнейшая история развития идеи поверхностных состояний, сформули-