Кукушкин Владимир Алексеевич
старший научный сотрудник отд. 130, д.ф.-м.н.
Образование:
Окончил с отличием Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского в 1994 г. по специальности «физика (прикладная физика и математика)»; в 1994-1997 гг. обучался в очной аспирантуре Института прикладной физики Российской академии наук по специальности «физика плазмы»; в 2001 г. защитил диссертацию на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук под названием «Антисегнетоэлектрический фазовый переход в модели газа двухуровневых молекул», научный руководитель – доктор физико-математических наук В.В. Кочаровский; в 2011 г. защитил диссертацию на соискание учёной степени доктора физико-математических наук под названием «Разработка методов усиления, генерации и управления инфракрасным и терагерцовым излучением на основе нелинейных и резонансных эффектов в полупроводниках и полупроводниковых гетероструктурах».
Область научных интересов:
Оптические свойства полупроводников и основанных на них наногетероструктур, нелинейная оптика, физика полупроводниковых лазеров, когерентные и нестационарные режимы взаимодействия электромагнитного излучения с полупроводниками, генерация инфракрасного и терагерцового излучения в полупроводниковых наногетероструктурах
Профессиональная карьера:
2008 г. – н.в. – старший научный сотрудник, 2000 – 2008 гг. – научный сотрудник, 1996 – 2000 гг.– младший научный сотрудник, 1994 – 1996 гг. – стажер-исследователь, 1992 – 1994 гг. – лаборант Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт прикладной физики Российской академии наук
Членство в профессиональных организациях:
Член редколлегии журнала “Advances in Nano Research”.
Награды, премии, гранты:
2001 г., 2009–2010 гг. – руководитель 2-х грантов Российского фонда фундаментальных исследований.
1999 г. – 3-е место в открытом конкурсе научных работ молодых учёных Нижегородской области.
1998, 2000 гг. – награды за лучшие доклады на Второй и Четвёртой молодёжных научных школах по когерентной оптике и оптической спектроскопии (г. Казань).
1996 г. – персональная стипендия им. академика Г.А. Разуваева Администрации Нижегородской области.
1994 – 2006 гг. – стипендии Совета молодых учёных и специалистов Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт прикладной физики Российской академии наук за успешную научную работу.
1991 – 1994 гг. – персональная стипендия Правительства Российской Федерации за отличную учёбу.
Педагогическая деятельность:
2013 г. – часть Курса термодинамики и статистической физики (Термодинамика диэлектриков и магнетиков. Корреляционная теория флуктуаций и флуктуационно-диссипативная теорема) для студентов 4-го курса факультета «Высшая школа общей и прикладной физики» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (лекции и практика).
2010 – 2013 гг.: член жюри IV, V, VI и VII Итоговых конференций Научного общества учащихся «Школа юного исследователя» по секциям «Математика и информатика», «Астрономия» и «Физика» (НОЦ ИПФ РАН, г. Нижний Новгород).
2006 – 2007 гг.: научный руководитель курсовой работы студента 5-го курса факультета «Высшая школа общей и прикладной физики» Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
2001 – 2003 гг.: научный руководитель 2-х абитуриентов Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского
Количество публикаций:
44 статьи в реферируемых научных российских и зарубежных журналах, 1 препринт ИПФ РАН, 1 российский патент на изобретение, 43 работы в трудах и тезисах российских и международных конференций.
Наиболее значительные работы и результаты:
1. V.A. Kukushkin, "Indirect exciton superradiant recombination in diamond: Theory and the perspectives of observation", Journal of Luminescence, v. 138, pp. 164-169 (2013)
2.В.А. Кукушкин, «Моделирование генерации импульсов ультрафиолетового и мягкого рентгеновского излучения в результате кооперативной рекомбинации экситонов в нанокристаллах алмаза, внедренных в полимерную пленку», Физика и техника полупроводников, т. 47, вып. 11, с. 1451-1456 (2013)
3. В.А. Кукушкин, «Радиационное время жизни экситонов Ванье-Мотта в нанокластерах полупроводников с прямой и непрямой зонными структурами», Известия вузов. Радиофизика, т. 56, вып. 7, с. 1-10 (2013)
4. V.A. Kukushkin, "Calculation of the radiative lifetime of Wannier-Mott excitons in nanoclusters", Advances in Nano Research, v. 1, N 3, pp. 125-131 (2013)
5. В.А. Кукушкин, "Генерация частотно-перестраиваемого дальнего инфракрасного и терагерцового излучений оптическими нутациями на внутризонных переходах в асимметричных полупроводниковых наногетероструктурах", Физика и техника полупроводников, т. 46, вып. 12, стр. 1521-1526 (2012).
Предложен и рассчитан частотно-перестраиваемый источник дальнего инфракрасного и терагерцового диапазонов, основанный на возбуждении фемтосекундными импульсами электромагнитного поля оптических нутаций на внутризонных переходах в полупроводниковых наногетероструктурах с асимметричными квантовыми ямами. Поскольку подзоны размерного квантования в последних характеризуются различными средними дипольными моментами, внутризонные межподзонные нутации вызывают появление низкочастотной поляризации, являющейся источником дальнего инфракрасного и терагерцового излучений. Показано, что если нутации возбуждаются не однородно по всему образцу, а с некоторым пространственным периодом, то, несмотря на их импульсный характер, генерируемое излучение будет непрерывным. Частота последнего может перестраиваться в широких пределах путeм изменения указанного периода, а также частоты следования фемтосекундных импульсов.
6. В.А. Кукушкин, "Численное моделирование фонтанного лазера дальнего инфракрасного диапазона на модуляционно допированных наногетероструктурах с квантовыми ямами", Российские нанотехнологии, т. 7, № 9-10, стр. 44-46 (2012).
7. В.А. Кукушкин, "Фонтанный лазер дальнего инфракрасного диапазона на внутризонных переходах в полупроводниковых наногетероструктурах", Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, № 6, стр. 62-67 (2012).
8. V.A. Kukushkin, “Intersubband Rabi Oscillations in Asymmetric Nanoheterostructures: Implications for a Tunable Continuous-Wave Source of a Far-Infrared and THz Radiation”, Journal of Nanoscience and Nanotechnology, v. 12, № 6, pp. 4650-4657 (2012).
9. V.A. Kukushkin, “Analytical description of the Stokes coherent cooperative Raman scattering by a subwavelength sample”, Journal of Modern Optics, v. 59, issue 13, pp. 1142-1148 (2012).
10. V.A. Kukushkin, “Proposal for an unstrained nanoheterolaser generating a mainly TM-polarized radiation”, Optics Communications, v. 285, pp. 734–737 (2012).
11. V.A. Kukushkin, Theoretical analysis of quantum well fountain and Raman laser schemes for far-infrared and THz generation. // Journal of Optics. 2011. V. 13. 035001 (7 pages).
12. В.А. Кукушкин, "Безынверсное усиление излучения в полупроводниковых наноструктурах: путь к созданию частотно-перестраиваемого лазера дальнего инфракрасного и терагерцового излучения", Физика и техника полупроводников, т. 44, вып. 11, стр. 1483-1488 (2010).
Предложена схема усилителя или лазера дальнего инфракрасного и терагерцового диапазона на полупроводниковой наноструктуре − сверхрешетке из двойных квантовых ям определенной архитектуры, помещенной в планарный металлический волновод и накачиваемой излучением CO2-лазера. Данная схема основана на безынверсном механизме усиления электромагнитного поля, который позволяет перейти к работе при комнатной температуре (в импульсном режиме) и значительно (более чем в 1,7 раза) менять частоту выходного излучения с помощью простого варьирования интенсивности накачки. Основанный на такой схеме лазер может стать удобным и легко перестраиваемым источником дальнего инфракрасного и терагерцового излучения как для фундаментальных исследований, так и для различных практических приложений.
13. В.А. Кукушкин, "Частотноперестраиваемый безынверсный лазер дальнего инфракрасного и терагерцового диапазона на наногетероструктурах с квантовыми ямами", Письма в Журнал технической физики, т. 36, вып. 3, стр. 7-14 (2010).
14. В.А. Кукушкин, "Эффективная конверсия инфракрасных импульсов в терагерцовые в волноведущих полупроводниковых гетероструктурах", Физика и техника полупроводников, т. 44, вып. 1, стр. 109-113 (2010).
Показано, что применение волноведущей полупроводниковой гетеросруктуры позволяет существенно увеличить степень конверсии мощного инфракрасного импульса в терагерцовый в процессе оптической ректификации первого в среде с квадратичной нелинейностью диэлектрической проницаемости. Для примера C/GaAs/C волноведущей гетероструктуры определены оптимальные параметры как самой структуры, так и инфракрасного импульса, а также вычислены длительность и форма выходного терагерцового импульса.
15. V.A. Kukushkin, "Proposal for an Inversionless Tunable Far-Infrared and THz Room-Temperature Laser on a Quantum Well Semiconductor Nanostructure" // IEEE Journal of Quantum Electronics, v. 46, issue 5, pp. 666-673 (2010).
16. V.A. Kukushkin, "Proposal for an inversionless tunable THz laser driven by room-temperature mid-infrared quantum cascade lasers" // Semiconductor Science and Technology, v. 25, 125008 (8 pages) (2010).
17. V.A. Kukushkin, "How to achieve lasing in a system with the strong lifetime broadening of working levels?" // Physics Letters A, v. 374, pp. 687-690 (2010).
18. В.А. Кукушкин, "Генерация терагерцового излучения в высококачественных алмазных образцах", Физика твёрдого тела, т. 51, вып. 9, стр. 1716-1721 (2009).
19. В.А. Кукушкин, "Эффективное безынверсное усиление инфракрасного излучения на квантовых точках с квазидискретными уровнями", Журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 136, вып. 2(8), стр. 224-231 (2009).
Предложена безынверсная схема усиления электромагнитного излучения на переходе между возбуждёнными квазидискретными уровнями квантовой системы, минимизирущая поглощение когерентной оптической накачки, возникающее вследствие конечных времён жизни соответствующих этим уровням состояний. Для конкретного примера реализации такой схемы в системе квантовых точек (КТ) с частотой перехода между квазидискретными уровнями, лежащей в среднем инфракрасном (ИК) диапазоне, найдена оптимальная частота накачки, соответствующая минимуму её поглощения, и вычислен коэффициент усиления среднего ИК поля. Предложенная схема может стать прототипом для создания усилителей и генераторов излучения среднего и дальнего ИК диапазона на КТ с квазидискретными уровнями, способных работать при комнатной температуре и обладающих высоким КПД.
20. В.А. Кукушкин, "Перестраиваемый безынверсный лазер дальнего инфракрасного и терагерцового диапазона на квантовых точках", Письма в Журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 89, вып. 9, стр. 524-527 (2009).
21. В.А. Кукушкин, "Двухчастотный лазер оптического и среднего инфракрасного диапазона на квантовых ямах", Известия РАН. Серия физическая, т. 73, № 1, стр. 109-114 (2009).
22. В.А. Кукушкин, "Усиление импульсов среднего и дальнего инфракрасного диапазона в низкоразмерных гетероструктурах с синхронной накачкой", Квантовая электроника, т. 38, № 10, стр. 909-916 (2008).
Рассмотрено синхронное распространение оптических импульсов и импульсов среднего или дальнего инфракрасного (ИК) диапазона в волноведущих низкоразмерных полупроводниковых гетероструктурах с квантовыми ямами. В результате показано, что даже при комнатной температуре в данной системе возможно существенное усиление низкочастотного излучения за счёт создания мощным высокочастотным импульсом кратковременной инверсии населённостей на соответствующем низкочастотном переходе, формируемом уровнями размерного квантования полупроводника. Определены оптимальные параметры накачивающего оптического импульса и гетероструктуры, при которых пикосекундные импульсы среднего или дальнего ИК диапазона с входными пиковыми мощностями порядка 100 мВт или 0,1 мВт соответственно могут быть усилены по мощности более чем в 100 раз без существенного изменения их длительности и формы
23. В.А. Кукушкин, "Слабополевая нелинейная динамическая проводимость в квантовой яме с поперечным магнитным полем", Письма в журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 88, вып. 2, стр. 111-114 (2008).
24. В.Я. Алёшкин, A.A. Белянин, А.А. Дубинов, В.В. Кочаровский, Вл.В. Кочаровский, В.А. Кукушкин, "Синхронизация мод и высокоэффективная импульсная генерация излучения разностной частоты в двухчастотных гетеролазерах", Известия РАН. Серия физическая, т. 72, № 2, стр. 252-256 (2008).
25. В.А. Кукушкин, "Оптическая ректификация сильно сфокусированных импульсов ближнего ИК диапазона в плазмонном волноводе", Журнал технической физики, т. 78, № 10, стр. 78-82 (2008).
26. В.А. Кукушкин, "Периодическое создание кратковременной инверсии населённостей на межподзонных лазерных переходах в квантовых ямах", Физика и техника полупроводников, том. 42, вып. 7, стр. 810-816 (2008).
27. В.А. Кукушкин, "Генерация среднего инфракрасного излучения в полупроводниковых лазерах ближней инфракрасной области на низкоразмерных гетероструктурах", Журнал экспериментальной и теоретической физики, т. 133, вып. 3, стр. 522-531 (2008).
Предложен метод генерации среднего инфракрасного (ИК) излучения (длина волны 10 мкм) в работающих в ближней ИК области (длина волны 1 мкм) полупроводниковых гетеролазерах с квантовыми ямами. Он основан на создании инверсии населённостей на межподзонном лазерном переходе среднего ИК диапазона благодаря опустошению его нижнего уровня сильным ближним ИК полем. В отличие от предыдущих исследований данной проблемы, в настоящей работе учитывается неоднородное уширение этого перехода, возникающее вследствие зависимости его частоты от энергии носителей, и предлагается инвертировать его не во всей спектральной области, а только в диапазоне, резонансном со средним ИК полем. Это позволяет значительно понизить (по сравнению с полученными ранее оценками) пороговую плотность тока накачки для начала средней ИК генерации и в результате надеяться на реализацию предлагаемого лазера при комнатной температуре в непрерывном режиме.
28. V.A. Kukushkin, "Two-color interband and intraband quantum well heterolaser", Physical Review A, v. 78, issue 3, 033838, 9 pages (2008)
29. Kukushkin, "Proposal for Room-Temperature Generation of Mid-Infrared Radiation in Near-Infrared Quantum-Well Heterolasers", IEEE Photonics Technology Letters, v. 20, No. 7, pp. 481-483 (2008)
30. V.A. Kukushkin, "Generation of terahertz pulses from tightly focused single near-infrared pulses in double plasmon waveguides", Journal of the Optical Society of America B, v. 25, issue 5, Vol. 25, pp. 818-824 (2008)
31. V. Kukushkin, "Periodic Transient Inversion at Intersubband Laser Transitions in Quantum Wells in an External Electric Field", IEEE Transactions on Nanotechnology, v. 7, issue 3, pp. 344-350 (2008)
32. A.A. Belyanin, V.V. Kocharovsky, Vl.V. Kocharovsky, V.A. Kukushkin, A.V. Andrianov, V.Ya. Aleshkin, and A.A. Dubinov, "Mode-Locked Dual-Wavelength Heterolasers for Terahertz Generation via Intracavity Wave Mixing", Acta Physica Polonica A, v. 113, no. 3, pp. 869-873 (2008)
33. V.A. Kukushkin, "Generation of THz radiation in semiconductors with cyclotron heating of heavy holes", Europhysics Letters, v. 84, pp. 60002p1-60002p6 (2008)
34. V.A. Kukushkin, “Efficient amplification of mid- to far-infrared pulses due to optical pulse conversion in waveguiding quantum-well heterostructures”, Phys. Rev. A, vol. 76, 023817 (12 pages), 2007
35. V.A. Kukushkin, V.Ya. Aleshkin, A.A. Belyanin, A.A. Dubinov, V.V. Kocharovsky, Vl.V. Kocharovsky, and M. O. Scully, “Difference-Frequency Pulse Generation in Quantum-Well Heterolasers”, Laser Physics, vol. 17, No. 5, pp.688-694, 2007
36. V.A. Kukushkin, “Efficient generation of terahertz pulses from single infrared beams in C/GaAs/C waveguiding heterostructures”, Journal of the Optical Society of America B, v. 23, no. 12, pp. 2528-2534 (2006)
37. V.A. Kukushkin, “Formation of cyclotron-annihilation lines in magnetized vacuum near neutron stars”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, v. 368, pp. 976-984 (2006).
Изучены линии поглощения (называемые аннигиляционно-циклотронными линиями), формирующиеся в гамма-спектрах нейтронных звёзд (пульсаров) вследствие фундаментального квантово-электродинамического эффекта однофотонного рождения электрон-позитронных пар в намагниченном вакууме. В результате подтверждена возможность использования нового метода измерения магнитных полей B нейтронных звёзд по частотному интервалу между основной аннигиляционной и первой аннигиляционно-циклотронной линиями. Установлено, что эти линии могут быть разрешены и, следовательно, данный метод может быть работоспособным, если выполнены следующие условия. 1) Источник гамма-излучения должен быть достаточно компактным и расположенным вблизи звезды, но вдали от её магнитных полюсов. Например, это может быть диск, лежащий в плоскости магнитного экватора нейтронной звезды с широтным угловым размером менее чем (B/4,4 1013 Гс)1/2 и радиальным размером, не превышающим 25 % от радиуса звезды. 2) Значение магнитного поля должно лежать в определённом узком интервале с центром при 3-4 1012 Гс. Ширина этого интервала зависит от ориентации звезды по отношению к наблюдателю и радиального размера диска и в наиболее благоприятном случае достигает 20-30 % от его нижней границы. В заключение рассмотрено влияние вращения звезды на применение рассматриваемого метода измерения её магнитного поля и кратко обсуждены новые возможности, открывающиеся в области диагностики магнитных полей нейтронных звёзд с появлением в гамма-диапазоне поляризационно-чувствительной измерительной аппаратуры.
38. A.A. Belyanin, V.V. Kocharovsky, Vl.V. Kocharovsky, V.A. Kukushkin, “Photon absorption in a magnetized vacuum and formation of cyclotron-annihilation lines in 
-emission of neutron stars”, Advances in Space Research, v. 33, pp. 620-624 (2004)
39. В.А. Кукушкин, "Замедление релаксации высокочастотной поляризации газа в постоянном электрическом поле", Оптика и спектроскопия, т. 91, № 4, стр. 614-620 (2001).
Установлено, что достаточно сильное постоянное электрическое поле может существенно уменьшить скорость релаксации высокочастотной поляризации газа, связанную с резонансным диполь-дипольным взаимодействием составляющих его молекул. Соответствующее уменьшение интегрального сечения межмолекулярных вайскопфовских столкновений вычислено с использованием двухуровневого приближения для описания квантовой динамики внутренних (колебательных) степеней свободы молекул, в то время как их поступательное и вращательное движение рассматривалось классически. Показано, что эффект возникает благодаря штарковскому изменению дипольных моментов молекул и упорядочению их ориентаций в постоянном электрическом поле. В результате при определенной величине последнего вклады постоянного и высокочастотного дипольных моментов молекулы в изменение ее матрицы плотности после столкновения существенно компенсируют друг друга. Указаны условия, необходимые для экспериментального наблюдения предсказанного эффекта.
40. В.В. Кочаровский, Вл.В. Кочаровский, В.А. Кукушкин, "Спонтанная поляризация газа двухуровневых молекул и распределение Гиббса по квазиэнергиям", Известия ВУЗов. Радиофизика, т. 44 , № 1-2, стр. 174 - 189 (2001).
Исследована возможность спонтанного формирования поляризационной структуры в термодинамически равновесном газе дипольно взаимодействующих двухуровневых молекул. С использованием уравнений Максвелла-Блоха в рамках теории среднего поля проанализирован антисегнетоэлектрический фазовый переход в газе со слабой релаксацией поляризации и установлено, что он всегда относится ко второму роду. В пренебрежении релаксацией показано, что при квазиклассическом рассмотрении поступательного движения молекул в волне поляризации энергетические уровни отдельной молекулы совпадают с ее квазиэнергиями, хорошо известными в квантовой оптике. На этом основании для изучения статистических свойств антисегнетоэлектрической фазы использовано обобщенное распределение Гиббса по квазиэнергетическим состояниям молекул. В результате найдены характерные особенности и возможные параметры антисегнетоэлектрического состояния газа. Обнаружено, в частности, что благодаря допплеровскому резонансу части молекул с волной поляризации свойства «газовых» антисегнетоэлектриков за точкой фазового перехода могут качественно отличаться от свойств обычных сегнетоэлектриков в теории Гинзбурга-Ландау. Для случая сегнетоэлектрического перехода в газе изучено также влияние флуктуаций.
41. V.V. Kocharovsky, Vl.V. Kocharovsky, V.A. Kukushkin, “Antiferroelectric phase transition in a thermal gas and self-consistent Gibbs distribution over quasienergies”, Nonlinear Phenomena in Complex Systems, v. 4, no. 1, pp. 13-17 (2001)
42. В.В. Кочаровский,Вл.В. Кочаровский, В.А. Кукушкин, "Антисегнетоэлектричество в газе двухуровневых молекул и самосогласованное распределение Гиббса по квазиэнергиям", Известия РАН. Серия физическая, Т. 64, № 10, стр. 2069 - 2074 (2000).
43. V.V. Kocharovsky, Vl.V. Kocharovsky, V.A. Kukushkin, “Coherent gaseous crystal and the antiferroelectric phase transition in isotropic gases”, Journal of Technical Physics, v. 38, no. 2, pp. 239-243 (1997)
44. В.В. Кочаровский, Вл.В.Кочаровский, В.А. Кукушкин, "Эффект Мейсснера в сверхпроводящих ядрах нейтронных звезд", Известия ВУЗов. Радиофизика, т. 39, № 1, стр. 26-33 (1996).
Рассматривается влияние сверхпроводимости протонной плазмы в ядре нейтронной звезды (пульсара) на эволюцию ее магнитного поля. Согласно последовательно проведенным оценкам утверждается, что выталкивание поля из ядра звезды вследствие эффекта Мейсснера для npe-сверхпроводника второго рода является неэффективным для магнитных полей, меньших 100 ТГс. Поэтому такое поле без учета других механизмов выталкивания (например, связанных с плавучестью абрикосовских вихрей или их пиннингом к вихрям Онсагера-Фейнмана в сверхтекучей нейтронной жидкости вращающейся звезды) должно быть «вмороженным» в ядро на время, большее 10 миллиардов лет, т.е. на все время жизни звезды.
