Академику Кукушкину Игорю Владимировичу - 65 лет!

Игорь Владимирович Кукушкин родился 20 февраля 1958 года в г. Красноармейск Московской области.

В 1980 году окончил Московский физико-технический институт и далее весь его трудовой путь связан с Институтом физики твердого тела РАН (Черноголовка, Московская обл.): стажер-исследователь, аспирант, научный сотрудник, старший научный сотрудник, ведущий научный сотрудник, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией.

В 1987 году получил стипендию Гумбольдта и работал в Институте физики твердого тела имени Макса Планка (Штутгарт, Германия) в лаборатории лауреата Нобелевской премии, профессора Клауса фон Клитцинга. Работал приглашенным профессором в Институте физики твердого тела имени Макса Планка более 30 лет, посещая этот институт несколько раз в год вплоть до 2019 года.

С 1999 года — профессор МГУ им. М.В. Ломоносова.

С 2016 года — главный научный сотрудник Международной лаборатории физики конденсированного состояния ВШЭ.

Член-корреспондент c 1997 года, академик РАН c 2016 года — Отделение физических наук РАН.

Академик И.В. Кукушкин — известный российский физик-экспериментатор, специалист в области физики твердого тела и полупроводниковых наноструктур. Его направления исследований: оптика полупроводников, низкоразмерные электронные системы, квантовый эффект Холла, терагерцовые детекторы, графенплазменные волны, спиновые возбуждения, неупругое рассеяние света. Развил новое направление в физике полупроводниковых наноструктур — магнитоптика низкоразмерных электронных систем в условиях Целочисленного и Дробного Квантового Эффекта Холла и в режиме вигнеровской кристаллизации. Обнаружил и исследовал экситонные молекулы. Открыл новый физический принцип детектирования терагерцового излучения, на базе которого изготовлены первые в мире матрицы детекторов для радиовидения.

С 1983 года — кандидат физико-математических наук, с 1991 года — доктор физико-математических наук, с 1999 года — профессор.

Исследования И.В. Кукушкина посвящены физике полупроводников. В начале 1980-х годов он исследовал экситоны, экситонные молекулы и электронно-дырочную жидкость в объемных полупроводниках Ge и Si. Он был первым, кто нашел довольно необычные условия деформации кристаллов Ge, при которых электроно-дырочная жидкость становится неустойчивой. Именно в этих условиях удалось впервые наблюдать связанное состояние экситоных молекул в Ge и изучить их свойства. В этой экситонной системе в сильных магнитных полях И.В. Кукушкиным было обнаружено проявление квантово-статистических свойств экситонного газа – предвестника Бозе-Эйнштейновской конденсации экситонов.

С 1983 года он занимался исследованием свойств низкоразмерных электроных систем. Он предложил и реализовал новый магнитооптический метод для прямого измерения энергетического спектра двумерных электронов, который успешно реализовал на примере кремниевых МОП-структур.

В 1987 году И.В. Кукушкин получил стипендию Гумбольдта и начал работать в Институте Макса Планка (Штуттгарт, Германия) в лаборатории профессора Клауса фон Клитцинга. Используя новый класс гетероструктур, оптимизированных для оптических исследований, И.В. Кукушкин быстро получил целый ряд принципиально новых результатов. Им впервые был исследован энергетический спектр двумерных электронов в условиях квантового эффекта Холла и обнаружено магнитооптическое проявление дробного квантового эффекта Холла, наблюдающееся в виде скачков в спектральном положении линий рекомбинации двумерных электронов. Используя метод разрешенной во времени оптической спектроскопии, И.В. Кукушкину удалось впервые измерить энергетические щели в дробном квантовом эффекте Холла для различных семейств дробных состояний и выявить их коллективную природу.

Другим важнейшим достижением И.В. Кукушкина явилось магнитооптические исследования системы двумерных электронов в режиме вигнеровской кристаллизации. Из анализа кинетики излучательной рекомбинации было установлено, что в ультраквантовом пределе, при температуре ниже некоторой критической, система двумерных электронов испытывает фазовой переход, связанный с образованием вигнеровского кристалла. И.В. Кукушкиным было показано, что в этих условиях время рекомбинации двумерных электронов становится чрезвычайно большим и из абсолютной величины времени рекомбинации была установлена треугольная структура электронной решетки.

Основные научные результаты И.В. Кукушкина:

- измерены кулоновские щели в энергетическом спектре двумерных электронов, которые возникают в лафлиновской Ферми-жидкости в режиме дробного квантового эффекта Холла;

- обнаружена вигнеровская кристаллизация двумерных электронов в ультраквантовом пределе;

- обнаружен циклотронный резонанс Композитных Фермионов, новых квазичастицах, представляющих собой связанное состояние электрона и двух квантов магнитного потока;

- обнаружены ротонные минимумы в дисперсии нейтральных щелевых возбуждений в условиях дробного квантового эффекта Холла и измерены массы и энергетические щели ротонов;

- создана уникальная по чувствительности методика оптического детектирования резонансного поглощения микроволнового излучения, с помощью которой были обнаружены и исследованы размерный магнитоплазменный резонанс, циклотронный резонанс, парамагнитный резонанс, а также резонансы, связанные с поглощением поверхностных акустических волн;

- впервые обнаружен и исследован микроволновый циклотронный резонанс композитных Фермионов, с помощью которого были измерены массы композитных частиц и их зависимость от концентрации электронов;

- впервые измерены дисперсии щелевых возбуждений, отвечающие дробным состояниям квантового эффекта Холла (1/3, 2/5, 3/7 …) и измерены параметры ротонных возбуждений: ротонные щели и ротонные массы;

- предложен принципиально новый физический принцип детектирования электромагнитных волн, который позволяет создать новой класс миллиметровых СВЧ-детекторов-спектрометров, работающих на эффекте интерференции плазменных волн в низкоразмерных полупроводниковых наноструктурах.

И.В. Кукушкиным разработаны и успешно применены следующие уникальные методики:

- методика резонансного микроволнового поглощения с оптическим детектированием, которая позволяет измерять плазменный, магнитоплазменный и циклотронный резонансы;

- метод неупругого рассеяния света, позволяющий измерять свойства коллективных возбуждений в электронной системе;

- метод транспортного детектирования электронного парамагнитного резонанса, позволяющий исследовать спиновые расщепления и механизмы спиновой релаксации;

- гибридный метод акусто-микроволнового резонанса, объединяющий спектроскопию поверхностных акустических волн и микроволную спектроскопию, который позволяет измерять дисперсию коллективных возбуждений;

- безконтактный микроволновый метод измерения проводимости и магнитопроводимости электронной системы, позволяющий измерить проводимость электронной системы на высоких частотах.

Используя технику оптического ориентирования ядерных спинов, И.В. Кукушкину удалось компенсировать электронную зеемановскую энергию энергией сверхтонкого взаимодействия с ядрами и обнаружить новый тип возбуждений в квантовом эффекте Холла — скирмионы.

И.В. Кукушкиным впервые предложен и применен спектроскопический метод определения величины кулоновской щели в режиме Дробного Квантового Эффекта Холла из зависимости спектрального положения линии люминесценции от магнитного поля.

В спектрах излучательной рекомбинации двумерных электронов в ультраквантовом пределе при достижении критической температуры и фактора заполнения И.В. Кукушкиным впервые обнаружена новая линия, отвечающая излучения из кристаллической фазы электронов.

Из анализа степени циркулярной поляризации люминесценции двумерных электронов И.В. Кукушкиным были измерены зависимости электронной спиновой поляризации от магнитного поля для различных состояний Дробного Кванового Эффекта Холла (2/3, 3/5, 4/7, 2/5, 3/7, 4/9, 8/5, 4/3, 7/5) и Композитных Фермионов (1/2, 1/4).

И.В. Кукушкин развил новое направление в физике полупроводниковых наноструктур — магнитоптика низкоразмерных электронных систем в условиях Целочисленного и Дробного Квантового Эффекта Холла и в режиме вигнеровской кристаллизации. Исследуя эффекты запаздывания в плазменных колебаниях в двумерной электронной системе, И.В. Кукушкин открыл новый физический принцип детектирования терагерцового излучения, на базе которого изготовлены первые в мире матрицы детекторов для радиовидения.

И.В. Кукушкин впервые наблюдал циклотронный резонанс на композитных фермионах, новых коллективных квазичастицах в системе двумерных электронов, которые ответственны за дробный квантовый эффект Холла.

Важнейшее достижение И.В. Кукушкина — обнаружение ротонных минимумов в дисперсии нейтральных щелевых возбуждений в условиях дробного квантового эффекта Холла и измерение массы и энергетических щелей ротонов. Эти исследования были выполнены благодаря развитию Кукушкиным методики, позволяющей генерировать вблизи двумерного электронной системы поверхностные акустические волны с рекордно большими волновыми векторами. Комбинированное резонансное поглощение микроволнового излучения и поверхностных акустических волн с большими волновыми векторами позволило прямым способом измерять дисперсию коллективных возбуждений в режиме Дробного Квантового Эффекта Холла, а также свойства композитных фермионов.

Последние несколько лет И.В. Кукушкин продолжает исследовать свойства низкоразмерных электронных систем и развил несколько новых экспериментальных методик, среди которых следует выделить метод неупругого рассеяния света и методы оптического детектирования различных магнитных резонансов (циклотронного, размерного магнетоплазменного, спинового и ядерного магнитного резонансов).

И.В. Кукушкин — член программных комитетов различных Международных и Российских конференций.

Более 25 учеников И.В. Кукушкина защитили кандидатские и докторские диссертации.

Он — автор более 300 научных статей, обзоров и монографий, и более 20 международных и российских патентов. Его работы публиковались в самых престижных и высокорейтинговых международных журналах таких как Nature, Science, Physical Review Letters (более 30 работ), а также в российских журналах ЖЭТФ и Письма в ЖЭТФ.

Специалистам известны его работы, написанные индивидуально или в соавторстве: «Cyclotron resonance of Composite Fermions» Nature, 415, 409 (2002); «First observation of retardation effects in the spectrum of two-dimensional plasmons» Phys. Rev. Lett., 90, 156801 (2003), «New type of B-periodical magneto-oscillations in a two-dimensional electron system induced by microwave irradiation» Phys. Rev. Lett., 92, 236803 (2004), «Detection of the electron spin resonance of two-dimensional electrons at large wave-vectors» Phys. Rev. Lett., 96, 126807 (2006), «Dispersion of the Composite-Fermion Cyclotron-Resonance Mode» Phys. Rev. Lett., 98, 066403 (2007), «Dispersion of the Excitations of Fractional Quantum Hall States» Science 324, 1044 (2009), «Collective modes and the periodicity of quantum Hall stripes» Phys. Rev. Lett., 106, 206804 (2011), «Novel Relativistic Plasma Excitations in a Gated Two-Dimensional Electron System» PHYSICAL REVIEW LETTERS, 114, 106805 (2015), «Renormalization of the spectrum of in-depth excitations below the Fermi level in a two-dimensional electron system with strong interaction» Physical Review B., Vol. 101, Iss. 23, P. 235152 (2020), «Коллективные плазменные возбуждения в двумерных электронных системах» Успехи Физических Наук, Т. 190, № 10. – С. 1041–1061 (2020) и др.

И.В. Кукушкин много лет являлся председателем Научного совета РАН по физике полупроводников, председатель Комиссии РАН по модернизации приборной базы научных организаций, возглавляет Совет по Инновациям ОФН РАН.

Член Российского Фонда Фундаментальных Исследований, член Российского комитета по наноструктурам, член Российского комитета по физике полупроводников.

Лауреат премии Ленинского комсомола — за работу «Дробный квантовый эффект Холла в кремниевых МДП-структурах».

Победитель Конкурса лучших русскоязычных научных и научно-популярных работ работников НИУ ВШЭ – 2021

В 2001 году И.В. Кукушкину немецким физическим обществом была присуждена Международная Премия Макса Планка за «пионерские работы по физике твердого тела и его фундаментальный вклад в исследование Дробного Квантового Эффекта Холла». За всю многолетнюю историю эта премия лишь второй раз была присуждена российскому (советскому) ученому.