Традиционно, в связи с высокой степенью взаимодействия между подразделениями, некоторые темы, выполняемые в Институте, соответствуют нескольким уставным направлениям, то есть являются комплексными. На конец 2011 года Институтом разрабатывалось 6 тем, все они продолжены в 2012 году.

• Теоретическое изучение электронных, магнитных и решеточных свойств металлических систем с неоднородностями нанометрового размера на основе микроскопического квантовомеханического подхода;
• Атомная структура, химический состав и топография сверхтонких негомогенных оксидных пленок 3d-металлов, их сплавов и тонких нанокомпозитных пленок изоэлектронного ряда германия;
• Исследование влияния внешних воздействий на изменения электронной, атомной структуры, поверхностных сегрегаций систем на основе d- и f-металлов;
• Структура, фазовый состав, межфазные взаимодействия и физико-химические свойства наносистем на основе Fe и sp-элементов при деформационных и термических воздействиях;
• Структурно-фазовые превращения (термические, концентрационные, деформационные) и структурная наследственность в жидком, аморфном, нано- и кристаллическом состояниях;
• Исследование и реконструкция пространственной структуры, диагностика состояния материалов, природных сред и технических систем с использованием радиофизических, электромагнитных и акустических методов.

Тема: "Теоретическое изучение электронных, магнитных и решеточных свойств металлических систем с неоднородностями нанометрового размера на основе микроскопического квантовомеханического подхода".

Направление: «Физика и химия поверхности; электронная и локальная атомная структура поверхностных слоев и наноразмерных систем».

Перспективность темы: Объекты и явления, которые исследуются, являются новыми. Только недавно были проведены эксперименты по спиновой поляризации, нейтронные эксперименты, выявившие волны спиновой плотности в Fe-Al сплавах, спектроскопические исследования наноструктур с помощью высокочастотных фононов теплового импульса и исследования динамических и кинетических свойств квазиодномерных кристаллов (Ta1-x Nbx Se4)2 I и новой фазы углерода с квазиодномерной структурой. Эти эксперименты не имеют количественного описания, а в ряде случаев отсутствует и качественное понимание явлений, лежащих в их основе. Выполненные теоретические исследования позволят сформулировать ряд практических рекомендаций экспериментаторам, которые занимаются измерениями с помощью рассеяния электронов. Будут разработаны рекомендации для оптимального формирования структур наноматериалов, обладающих заданными физическими и конструкционными свойствами. Эффекты спиновой поляризации и управление условиями формирования магнитных нанонеоднородностей имеют хорошую перспективу использования в новом направлении развития техники - спинтронике.

Тема: "Атомная структура, химический состав и топография сверхтонких негомогенных оксидных пленок 3d-металлов, их сплавов и тонких нанокомпозитных пленок изоэлектронного ряда германия".

Направление: «Физика и химия поверхности. Электронная и локальная атомная структуры поверхностных слоев и наноразмерных систем»

Перспективность темы: Получение экспериментальных данных о микроскопическом строении (морфологии, атомной структуре, химическом составе) систем типа: негомогенные сверхтонкие оксидные пленки на поверхности металлов, неравновесные оксидные фазы, возникающие при интенсивных внешних воздейтвиях, сверхтонкие пленки металлов на поверхности полупроводников, нанокристаллические и нанокомпозитные полупроводники - позволит создать полуколичественную теорию формирования электрофизических, оптических и физико-химических свойств этих объектов. Результаты исследований могут быть использованы на практике при разработке современных полупроводниковых гетероструктур с заданными электрофизическими свойствами, при разработке материалов для гетерогенного катализа и коррозионностойких материалов. Развитие методов исследования локальной атомной структуры имеет самостоятельную методическую ценность.

Тема: "Исследование влияния внешних воздействий на изменения электронной, атомной структуры, поверхностных сегрегаций систем на основе d- и f-металлов."

Направления: «Физика и химия поверхности. Электронная и локальная атомная структуры поверхностных слоев и наноразмерных систем», «Природа и свойства неравновесных метастабильных состояний, возникающих в металлах и сплавах при тепловых, механических и радиационных воздействиях».

Перспективность темы: Экспериментальное исследование физико-механических свойств, атомной структуры и сегрегаций компонентов исследуемых систем предполагается проводить в комплексе с компьютерным моделированием взаимодействия энергетического воздействия с металлами. Предлагаемый подход позволит достаточно полно оценить влияние параметров облучения на сегрегационные процессы на поверхностях мишени и разработать физические модели формирования состава модифицированных, оценить диффузионную способность имплантанта и других примесей мишени. Предлагается исследовать аномальный массоперенос и поверхностную сегрегацию имплантированной примеси путем регистрации и анализа концентрационных профилей этой примеси как с облученной стороны, так и необлученной (для фольг) стороны образцов в зависимости от условий облучения с тщательным контролем возможных посторонних факторов, которые могли бы имитировать указанные массоперенос и сегрегацию. Такой подход, насколько нам известно, применяется впервые. Компьютерный эксперимент проводится с использованием метода молекулярной динамики. Взаимодействие внешних энергетических потоков с металлами и сплавами представляет большой научный интерес, так как затрагивает фундаментальные проблемы физики твердого тела, а также имеет практическое значение в связи с применением энергетических воздействий для улучшения эксплуатационных свойств материалов и выявлением поведения металлов в условиях эксплуатации.

Тема: «Структура, фазовый состав, межфазные взаимодействия и физико-химические свойства наносистем на основе Fe и sp-элементов при деформационных и термических воздействиях».

Направления: «Природа и свойства неравновесных метастабильных состояний, возникающих в металлах и сплавах при тепловых, механических и радиационных воздействиях», «Статические и динамические магнитные и магнитоупругие явления; электромагнитоакустика».

Перспективность темы: Проводимые исследования позволят получить данные о микроскопических механизмах деформационно-индуцированного растворения фаз (интерметаллидов) в alpha-Fe; получить закономерности структурно-фазовых превращений в нанокристаллических и нанокмпозиционных системах при переходе к равновесному состоянию; установить закономерности формирования физико-химических свойств на всех стадиях термических и деформационных воздействий в наносистемах на основе Fe и sp-элементов; теоретически описать механизмы и кинетику деформационно- и термоиндуцированных структурно-фазовых превращений в наносистемах. Полученные результаты будут представлять практический интерес при разработке новых функциональных материалов с заданными физико-химическими свойствами; прогнозировании поведения наноматериалов в условиях термических и деформационных воздействий; неразрушаюшем магнитном контроле изделий на основе Fe; разработке материалов для магнитной записи и ультрадисперсных магнитных носителей лекарств.

Тема: «Структурно-фазовые превращения (термические, концентрационные, деформационные) и структурная наследственность в жидком, аморфном, нано- и кристаллическом состояниях».

Направление: «Природа и свойства неравновесных метастабильных состояний, возникающих в металлах и сплавах при тепловых, механических и радиационных воздействиях»

Перспективность темы: Развитие в последние годы наукоемких технологий в различных областях промышленности привел к необходимости поиска и разработки материалов нового поколения, в том числе наноструктурных. Для многих сплавов дальнейшего улучшения их служебных свойств только за счет традиционных методов легирования или термообработки практически не происходит. Несмотря на большой объем выполненных исследований в ведущих центрах Японии, США и Европы, многие проблемы фундаментального характера, определяющие уровень различных свойств, остаются нерешенными и малоизученными. Одним из наиболее перспективных и эффективных способов улучшения свойств металлических сплавов является направленное формирование структуры расплава в предкристаллизационный период, позволяющее в условиях неравновесного затвердевания реализовать в получаемой твердой фазе новые структурные и фазовые состояния. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования аномальных явлений различного типа в металлических жидкостях, способных влиять на свойства получаемых из них сплавов в широком интервале скоростей охлаждения. Новые дополнительные возможности улучшения служебных свойств металлических сплавов связаны с введением в расплав наномодификаторов, в качестве которых могут выступать углеродные наноструктуры – фуллерены и нанотрубки. Введение в расплав модификаторов такого типа позволяет принципиально изменить механизм затвердевания и соответственно получать особые свойства сплавов, не реализуемых при обычном литье.

Тема: «Исследование и реконструкция пространственной структуры, диагностика состояния материалов, природных сред и технических систем с использованием радиофизических, электромагнитных и акустических методов.»

Направления: «Статические и динамические магнитные и магнитоупругие явления; электромагнитоакустика», «Электромагнитные, акустические методы диагностики пространственной структуры материалов и физико-механических систем».