• Теоретические исследования неупругих процессов взаимодействия квантовых объектов в рамках скорректированного подхода Борна-Оппенгеймера;
• Теория и методика преподавания учебных дисциплин в школе и вузе;
• Функциональные материалы на основе низкоразмерных слоистых и композитных структур;
• Физика полуметаллов и низкоразмерных структур на их основе.

1. Исследование влияния легирования на фазовый переход полупроводник-суперионник в йодиде серебра.
2. Модификация структуры и оптоэлектронных свойств оксидов ванадия.
3. Многофакторный прецизионный контроль структуры пленок фазопеременных халькогенидов для нейроморфных систем и приборов на их основе.
4. Функциональные фазопеременные и двумерные материалы для записи информации и устройств активной фотоники: анализ и скрининг на основе первопринципных расчетов.
5. Функциональные трековые полимерные мембраны с пьезоэлектрическими и электретными свойствами.
6. Пьезоэлектрические и электретные свойства трековых мембран на основе биосовместимых полимеров.
7. Электретный эффект в биоразлагаемых полимерных системах.
8. Исследование влияния различных механизмов рассеяния носителей заряда на гальваномагнитные свойства пленок висмута и висмут-сурьма в условиях проявления размерных эффектов.
9. Новое поколение химических добавок для создания стабильных при повышенных температурах электретов с высокой плотностью заряда.
10. Фундаментальное исследование в интересах обеспечения экономичности, возможности массового производства и надежности электретных материалов на основе полиолефинов при помощи контроля их состава и морфологии.
11. Исследование механизма совместной регуляции сегнетоэлектрической поляризации и интерфейсного заряда в органических сегнетоэлектрических тонкопленочных транзисторах.
12. Квантовые методы теории атомных столкновений, библиотека компьютерных программ и расчеты данных о неупругих процессах в рамках подхода Борна-Оппенгеймера.
13. Решения фундаментальных проблем квантовой теории столкновений, высокоточные данные о неупругих атомных столкновениях и их применения в астрофизике.
14. Реализация возможностей Астрономического кластера РГПУ им. А. И. Герцена (аудиовизуальная система полнокупольной проекции DomeSky – виртуальный планетарий и система дистанционного зондирования Земли LoReTT) для учебно-методического обеспечения программ бакалавриата и магистратуры института физики, факультетов биологии и географии.
15. Сегнетоэлектрические тонкопленочные сферолиты: структура, физические свойства, применения.
16. Теория создания аттосекундного, сверхмощного сверхизлучения трёхуровневых ионов Tm³⁺, Pr³⁺ синтезируемых как максимально размерные в перовскитовые сверхтонкие кристаллические образования.
17. Разработка теории генерации когерентных атомных состояний при рассеянии света на Бозе-Эйнштейновском конденсате (БЭК) разреженного газа.
18. Познавательные затруднения учащихся при изучении физики в условиях цифровой трансформации физического образования.

Научные результаты: Путем расчетов из первых принципов получены электронные струртуры в процессе кристаллизации фазопеременного Sb₂Te₃. Проведены расчеты структуры и электронной структуры классического фазопеременного материала Ag₄In₃Sb₆₇Te₂₆ (AIST) в кристаллическом и аморфном состояниях. Проведено сравнение изменения оптических параметров Ge₂Sb₂Te₅ (GST) и Ag₄In₃Sb₆₇Te₂₆ в процессе кристаллизации. Методом теории функционала плотности, зависящего от времени в реальном времени (rt-TDDFT) промоделирована динамики фотоиндуцированной аморфизации в интерфейсных фазопеременных материалах, обнаруживающих повышенные характеристики по сравнению со сплавными материалами. Определены оптимальные параметры технологического процесса и сформированы тонкие пленки фазопеременных материалов двух классов: Ge₂Sb₂Te₅ и Ag₄In₃Sb₆₇Te₂₆ толщиной от 30 до 150 нм. Изучены in-situ процессы кристаллизации фазопеременных пленок разного состава. В частности, проведено параллельное исследование процесса кристаллизации аморфных пленок GeTe методом рентгеновской дифракции и спектроскопии комбинационного рассеяния. Продемонстрирован стохастический режим работы фотонного элемента с тонкой пленкой GeTe, нанесенной на волновод из нитрида кремния. В рамках проекта проведено сравнение одного из наиболее перспективных материалов - GeSe, - использованного в приборной структуре биполярного порогового переключателя в виде свежеосажденной и ре-аморфизованной пленки.

Научные результаты: Показано, что объемный HgTe является бесщелевым полупроводником, в то время как зигзагообразная нанопластина 1ML HgTe – прямозонным в точке Г полупроводником. Выявлено, сходство зонной структуры пластины 2ML HgTe вблизи уровня Ферми с зонной структурой, характерной для вейлевского полуметалла типа II. Изучен эффект покрытия пластины Sb₂Te₃ монослоями различных дихалькогенидов молибдена, а именно MoS₂, MoSe₂ и MoTe₂. Продемонстрирована невозможность получения октаэдрической деформации, приводящей к бесщелевому состоянию под давлением в V₂O₅. Установлено, что в диэлектрических спектрах нелегированных и легированных различной концентрацией Cr нанокристаллических пленках VO₂ наблюдаются 2 особенности, интенсивности которых сильно отличаются между собой для различных степеней легирования.

Научные результаты: Методом мёссбауэровской спектроскопии на изотопе ⁷³Ge продемонстрирована тетраэдрическая симметрия локального окружения атомов германия в аморфных пленках Ge₂Sb₂Te₅, что подтверждает вывод о существенной разнице в ближайшем окружении и, следовательно, в электронных структурах атомов германия в кристаллических и аморфных пленках Ge₂Sb₂Te₅.

Научные результаты: Обнаружено увеличение температуры фазового перехода полупроводник-суперионник в нанокристаллических пленках йодида серебра при легировании медью (содержание 5%) на 5 К, а также появление тонкой структуры диэлектрических спектров и термической петли гистерезиса.

Научные результаты: Определены особенности формирования пьезоэлектрического и электретного состояния в полимерных пленках, подверженных ионизирующему облучению, и в ТМ на основе данных полимеров.

Научные результаты: Выявлены механизмы формирования электретного состояния в биоразлагаемых полимерах на основе полимолочной кислоты (полилактид, ПЛА).

Научные результаты: Выявлены механизмы рассеяния носителей заряда, доминирующие в висмуте и материалах на его основе в условиях проявления классического и квантового размерного эффекта.

Научные результаты: Определено влияние стабильности поляризационного состояния и дефектов интерфейса на состояние тока источника и стока, а также на их устойчивость в сегнетоэлектрических транзисторах.

Научные результаты: Разработан и изготовлен фильтрующий нетканый материал на основе полипропилена с максимально возможной температурной стабильностью электретного состояния. Получена оптимальная комбинация добавок, метода зарядки, метода усовершенствования и конструкции нетканого материала.

Научные результаты: Исследованы неупругие процессы, происходящие при столкновениях атомов и ионов хрома и водорода. Проведены расчеты сечений и констант скоростей неупругих процессов, происходящих при столкновениях цинка и водорода с учетом тонкой структуры цинка.  Упрощённая модель, изначально предложенная для описания неупругих процессов, происходящих при столкновениях произвольных атомов и катионов с атомами и анионами водорода B+H, B⁺+H^- , обобщена на случай столкновения произвольных катионов с произвольными анионами B⁺+A^-. Исследованы процессы взаимной нейтрализации, происходящие при столкновениях катионов лития с анионами изотопов водорода методом волновых пакетов и перенормированным методом Нумерова. Проведено исследование неупругих процессов, происходящих при столкновениях атомов и ионов серебра с атомами и ионами водорода.

Научные результаты: Проводился анализ моделирования сверхизлучательного рассеяния света на БЭК разреженного газа в гармонической ловушке. Решение задачи проводилось в два этапа. На первом этапе, продолжающемся в течение действия накачки относительно малой длительности, решается упрощенное уравнение Шредингера. Полученные решения позволяют найти уточненные значения импульсов отдачи p0 для атомов конденсата при рассеянии лазерного излучения. На втором этапе, после выключения накачки, решается упрощенное уравнение Шредингера, только для атома в основном электронном состоянии, получившего определенный импульс отдачи. Показано, что такие состояния близки к квантовым когерентным состояниям, впервые предложенным Е. Шрёдингером и позже детально исследованным и успешно примененным Р. Глаубером в области квантовой оптики. Предложенный в настоящей работе подход представляется перспективным для использования в области атомной интерферометрии.

Научные результаты: В тонких пленках цирконата-титаната свинца, сформированных двухстадийным методом высокочастотного магнетронного распыления, обнаружены необычные электронные изображения – линии Кикучи каналирования, полученные в режиме обратноотраженных электронов. В полуклассическом приближении, теоретически, исследован максимально реальный акт сверхизлучения ионов Tm³⁺, Pr³⁺ синтезируемых как максимально размерные ионы в перовскитовый ультратонкий слой, который находится при сверхнизкой температуре в криогенной камере без атмосферы.

Научные результаты: Предложена методика применения цифрового планетария при практической подготовке студентов института физики РГПУ им. А. И. Герцена. Разработан виртуальный тур «Радиоастрономическая обсерватория Светлое». (проект Реализация возможностей Астрономического кластера РГПУ им. А. И. Герцена (аудиовизуальная система полнокупольной проекции DomeSky – виртуальный планетарий и система дистанционного зондирования Земли LoReTT) для учебно-методического обеспечения программ бакалавриата и магистратуры института физики, факультетов биологии и географии). В рамках проекта «Современные достижения науки и техники» -научно-образовательный проект для учащихся и учителей Санкт-Петербурга и Ленинградской области проведена работа с учащимся школ по привлечению их к научной работе и повышению интереса к образованию.

Научные результаты: Проведен анализ опыта реализации научно-образовательного кластеров в России и за рубежом. Сделан вывод о том, что для создания кластера на основе института физики и НИИ физических исследований не достает третьего основного компонента – участия бизнеса. Принято решение разрабатывать модель двухстороннего взаимодействия в виду отсутствия возможности устойчивого внешнего финансирования. Разработана и обоснована модель научно-образовательного взаимодействия, состоящая из целевого, содержательного и организационно-структурного блоков. Проанализировано содержание образовательных программ, реализуемых институтом физики, с целью выделения системы горизонтальных междисциплинарных и межпрограммных связей, направленной на развитие и уточнение индивидуальных интересов обучающихся, формирование мотивации к занятиям научной и педагогической деятельностью в области физики на разных этапах обучения. Разработана система поддержки модели в виде комплекса факультативов и научно-просветительской деятельности. Обобщение, систематизация и развитие волонтерской деятельности, реализуемой институтом физики и НИИ физических исследований, направленной на популяризацию научных знаний по физике среди школьников и их раннюю профориентацию.

Научные результаты: Определено влияние ширины ван-дер-Ваальсовой щели на свойства 2D халькогенидов при приложении одноосного сжатия с последующим фазовым переходом. Установлены зависимости свойств 2D халькогенидов от атомной конфигурации вблизи ван-дер-Ваальсовой щели. Проведена оценка стабильности 2D халькогенидов (CdTe, VTe2, InSe, GaSe) вследствие их электронного возбуждения. Обнаружен существенный отклик слоистого InSe на электронное возбуждение, проявляющийся как утолщение индивидуальных блоков и уменьшение ширины вдВ щели, и сопровождающийся изменением зонной структуры.

Научные результаты: При электронно-микроскопических исследованиях сферолитовых структур в тонких пленках ЦТС обнаружено явление каналирования электронов. Анализ картин каналирования позволяют получать надежную информацию об ориентации и деформации сферолитовых структур тонких пленок. Исследована скорость разворота кристаллической решетки в сферолитах с радиально-лучистой и радиально-однородной структурах, показано, что скорость разворота в сферолитовых структурах с радиально-лучистой структурой в два раза превосходит скорость в радиально-однородных структурах. Предложено теоретическое обоснование полученных результатов.

Научные результаты: Продолжено развитие квантовой теории атомных и молекулярных столкновений, в частности, предложено обобщение квантового метода перепроецирования в рамках формализма подхода Борна-Оппенгеймера на случаи модельных исследований неупругих процессов при атомных столкновениях. Указанное обобщение базируется на рассмотрении токов вероятностей с учетом ненулевых асимптотических матричных элементов неадиабатической связи, что является фундаментальной проблемой подхода Борна-Оппенгеймера. Предложен новый метод гиперболических матриц для исследования атомной и молекулярной динамики в рамках нестационарного подхода.

Научные результаты: Проведены исследования пористых пленок и трековых мембран на основе ПВДФ, определено влияние параметров их изготовления на электрофизические свойства данных материалов. Проведено исследование электретного состояния пленок полилактида с различными дисперсными наполнителями, определено влияние состава и процентного содержания наполнителя на стабильность электретного состояния в данном полимере.

Научные результаты: При помощи различных видов модификации композитов и нетканых полотен на основе полипропилена, получены и исследованы материалы, обладающие высокой стабильностью электретного состояния.

Научные результаты: Подобраны режимы получения крупноблочных пленок висмута и висмут-сурьма в широком интервале толщин на различных подложках. Проведено экспериментальное исследование величины деформации в пленках на различных подложках с помощью рентгеновской дифракции при комнатной температуре и температуре, близкой к температуре кипения жидкого азота. Показано, что деформация сжатия, рассчитанная с помощью различия коэффициентов температурного расширения материалов пленки и подложки, имеет существенно завышенные значения, относительно рассчитанных с помощью обобщенного закона Гука по экспериментальным данным на основе анализа рентгеновской дифракции. На основе анализа гальваномагнитных эффектов было показано, что в рамках используемых приближений деформация оказывает слабое влияние на параметры поверхностных металлических состояний.

Научные результаты: Рассмотрено движение тел вокруг волосатой черной дыры и продемонстрировано, что новые поправки, возникающие при учете дополнительных параметров и космологического поля, не всегда пренебрежимо-малы, а могут оказывать существенное влияние на движение тел, что может быть подтверждено экспериментально.