Jednym z najważniejszych kierunków badań i obszarem osiągnięć naukowych związanych z potrzebami współczesnej elektroniki jest fizyka zjawisk kolektywnych, a zwłaszcza magnetyzmu w półprzewodnikach i układach o obniżonej wymiarowości, kropkach kwantowych, nanodrutach i interfejsach, a zwłaszcza badania metod optycznego i elektrycznego kontrolowania porządku spinowego w nanostrukturach półprzewodnikowych. Badania te mają fundamentalne znaczenie poznawcze, maja także na celu opracowanie następnej generacji urządzeń dla elektroniki i teleinformatyki, wykorzystujących manipulowanie spinem elektronu, do budowy spinowych tranzystorów, bramek logicznych i pamięci. Do aktywnie rozwijanego obszaru badań należy także zaliczyć konstruowanie i charakteryzowanie hybrydowych struktur nadprzewodnik-półprzewodnik, jako narzędzi do kreacji i badań kolektywnych wzbudzeń topologicznych, tzw. fermionów Majorany i innych potencjalnych realizacji kubitów na potrzeby informatyki kwantowej. Kolejnym obszarem badań półprzewodników jest technologia i własności materiałów i nanostruktur szerokoprzerwowych, opartych na ZnO i GaN do zastosowań optoelektronicznych, w sensorach i fotoogniwach. Opracowana w IF PAN technologia niskotemperaturowego wzrostu warstw ZnO stwarza nowe możliwości zastosowań tego materiału w trójwymiarowych pamięciach typu cross-bar.
Drugim filarem badań w IF PAN jest fizyka korelacji elektronowych w materiałach ferro i antyferromagnetycznych, w niekonwencjonalnych nadprzewodnikach i w ultra zimnych kondensatach gazów atomowych Bose-Einsteina. Prace eksperymentalne obejmują syntezę i badanie własności niekonwencjonalnych nadprzewodników, oraz zawierających jony ziem rzadkich kryształów magnetycznych. Celem badań jest zrozumienie natury procesów odpowiedzialnych za nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe i ewentualne uzyskanie materiałów do zastosowań do transportu i gromadzenia energii elektrycznej, oraz do konstrukcji nowej generacji kwantowych układów logicznych. Badania materiałów magnetycznych służą zrozumienie roli wymiarowości i anizotropii w oddziaływaniach wymiennych oraz tworzeniu nowych materiałów o zadanych własnościach jako nośniki informacji i przetworniki elektroluminescencyjne. Wyniki prac nad dynamiką kondensatów atomowych obejmują opis zjawisk nieliniowych dynamiki kondensacji jednowymiarowego gazu Bose-Einsteina i opracowanie teoretyczne metod manipulacji domen magnetycznych antyferromagnetycznych kondensatów Bose-Einsteina i kondensatów fermionowych.
Celem badań w dziedzinie fizyki biologicznej i biosensoryki jest lepsze zrozumienie procesów biochemicznych w żywych komórkach, oraz stworzenie narzędzi prewencyjnej diagnostyki medycznej chorób neurodegeneracyjnych. Badania obejmują modelowanie dynamiki i oddziaływań białek z substancjami biologicznie czynnymi, oraz dwa projekty doświadczalne w dziedzinie bionanotechnologii: syntezę nanocząstek o zaprojektowanych własnościach optycznych i elektrycznych, zdolnych do przyłączenia się do wybranych miejsc na powierzchni lub we wnętrzu żywej ludzkiej komórki i do detekcji form patologicznych tych komórek, oraz zbudowanie biosensorów z biologicznie nieaktywnych włókien tlenku cynku, do detekcji markerów obecnych w płynach fizjologicznych, charakterystycznych stanom patologicznym organizmu.
IF PAN jest jednym z najważniejszych w Polsce centrów hodowania i charakteryzacji kryształów i struktur niskowymiarowych. Do najlepszych na świecie należą zwłaszcza instalacje do hodowania struktur półprzewodnikowych II-VI i III-V oraz materiałów magnetycznych metodą wiązek molekularnych, laboratoria fotolitografii, oraz narzędzia analityczne do charakteryzacji tych struktur, obejmujące mikroskopy elektronowe, spektroskopię rentgenowską, mikroskopy skaningowe, przyrządy do analizy w skali atomowej składu chemicznego i profilu jednorodności. Metody badań własności fizycznych obejmują techniki pomiarowe transportu i spektroskopii, w szerokim zakresie temperatur, ciśnień hydrostatycznych i pól magnetycznych. Instytut dysponuje także unikalnymi technologiami domieszkowania, obróbki chemicznej i termicznej w warunkach ekstremalnych, oraz wytwarzania ultra czystych materiałów.
