目前，正在对激光与材料相互作用过程中的一些基本物理、化学和材料学问题展开深入研究，有望在激光熔覆过程中特定物相的原位生成与利用、激光熔覆层的材料设计、激光表面改性与激光刻槽技术产业化等方面取得进展。本方向是凝聚态物理国家重点学科和材料物理教育部重点实验室的主要研究方向，学术队伍中有教授、副教授10人，高级实验师2人，博士学位获得者9人。五年来，承担了河南省重大科技攻关项目2项、河南省杰出人才创新基金2项、河南省高校创新人才工程项目2项、“十五” “211工程”“结构材料与生物材料物理”学科重点科研项目2项，完成科技成果鉴定8项，获得国家发明专利1项、实用新型专利3项，转让科技成果3项，发表论文122篇；授予硕士学位17人，博士学位5人。
（2）材料物理。本方向主要开展碳基薄膜、硅基纳米半导体体系、半导体电子结构计算和表面生长动力学模拟等方面的研究工作。在金刚石等碳基薄膜研究方面，先后制备出金刚石、非晶碳、石墨、碳纳米管等薄膜冷阴极，系统研究了其场致电子发射特性。在此基础上，研制了以碳基薄膜为冷阴极的二极管结构场发射平板显示器并设计了驱动电路，制备出了三极管型冷阴极场发射像素管原型器件。由张兵临教授主持的“九五”863项目“金刚石膜冷阴极场发射平板显示”（715-002-0042）于2000年12月通过国家863计划项目专家组的验收，项目的整体评价是“该项目出色地完成了任务，有关基本技术已达到国际先进水平，产业化源头工作基础做得很好”。目前，在教育部科研重点项目（205091）的支持下，正在进行碳基薄膜表面改性等方面的基础研究工作，以期进一步提高冷阴极的场致电子发射点密度及电流密度，从而提高场发射平板显示器件的性能，有望推出仪器用抗干扰平板显示器。此外，还针对金刚石薄膜在刀具、磨具等方面的工业应用，研究金刚石薄膜在硬质合金和柔性金属基底上沉积的动力学过程和沉积机理，从而了解薄膜的力学机械性能、薄膜和衬底的结合力与制备条件、生长过程和微观结构的关系；与理论计算相结合，通过采用基底离子束注入改性、多层异质过渡层设计等技术，有效增加了金刚石薄膜与基底材料之间的附着力及耐冲击、耐磨性能，展现出良好的技术开发前景。
在硅基纳米半导体体系研究方面，主要开展了金属钝化多孔硅和硅纳米孔柱阵列（Si-NPA）及其复合纳米体系的制备技术、物理性能和器件应用的研究。李新建教授首次提出了金属钝化多孔硅的概念并通过发明原位水热钝化技术（2002年获国家发明专利：ZL 98 1 11581.0）予以实现,多孔硅发光效率得到提高，发光稳定性得到增强，同时为多孔硅发光的量子限域模型提供了有力的实验证据。主要结果发表在Phys. Rev. Lett.（PRL81（1998）1710）、Appl. Phys. Lett.和Phys. Rev. B上，被PRL审稿人评论为“多孔硅铁钝化的整个思想是崭新的，可能是一个重要的科学和技术上的成果”，论文单篇引用率达34次。
在此基础上，制备出在微米、纳米尺度上具有规则的三重层次结构的硅纳米孔柱阵列（Si-NPA），该结构表现出独特的光吸收特性。以此为模板，通过沉积或自组装技术，制备出多种结构和性能奇特的异质半导体、金属、金属氧化物等复合纳米体系。如Fe3O4/Si-NPA具有优良的湿敏传感特性（Sens. Actuators B105, 219（2005）），TiO2/Si-NPA的光催化效率相对于TiO2/玻璃提高2倍以上等。目前，正针对Si-NPA基复合纳米体系的导电和介电特性、光学和光催化特性、气湿敏传感特性等展开深入研究，并取得了很好的进展。在半导体电子结构计算和表面生长动力学模拟研究方面，采用第一性原理方法，研究了金属在金刚石表面和其他半导体表面生长的动力学过程；提出了金属Ti原子在金刚石表面所表现出的一种新的扩散机制；在此基础上，预言了金属Ti原子在金刚石表面可能的量子点结构。研究结果发表在 Phys. Rev. Lett.（PRL94（2005）086101）上，并应邀在2004年7月召开的“第三届国际计算材料和凝聚态理论会议”上作大会特邀报告。
目前的研究工作主要为在纳米尺度上对摩擦机制的理解。本方向是凝聚态物理国家重点学科和材料物理教育部重点实验室的主要研究方向。学术队伍中有教授、副教授14人，博士学位获得者13人。五年来，承担了国家863项目1项、国家自然科学基金项目4项、教育部科研重点项目1项、河南省高校创新人才工程项目1项、河南省杰出青年科学基金2项、“十五”“211工程”“结构材料与生物材料物理”学科重点科研项目3项；在国内外学术期刊上发表论文174篇，完成科技成果鉴定6项，转让科技成果4项；授予硕士学位27人，博士学位7人。
（3）陶瓷材料。该方向主要研究有重大应用前景的特种功能和结构陶瓷材料。目前研究内容主要包括高温超导材料及其气体分离技术的研究、Al2O3基结构陶瓷原位生长晶须增韧技术的研究和气敏、湿敏薄膜传感材料的制备技术、性能及其应用基础研究。其中利用YBCO超导材料对氧的选择吸附特性所开发的分子筛材料和混合导体透氧膜材料技术及其成套设备已经产业化并开始在企业中得到初步应用。
（4）离子束与物质相互作用。该方向包括两个方面的内容。一是通过低能离子注入和辐照的方法，对材料表面进行改性和预处理。二是以离子注入和加速器低能离子辐照为手段，通过对农作物种子、微生物菌种及动物活体细胞进行处理来诱发遗传变异，研究辐射生物学规律并将最终稳定下来的有利变异的种子和菌种在农业和发酵工业上大规模使用。
（5）材料计算与模拟。该方向主要结合本实验室其他方向的研究工作，从理论计算与模拟的角度为实验结果提供前瞻性判断或理论验证与解释。近期主要开展具有特殊结构的多种半导体材料的电子结构计算、金属和合金中缺陷运动的分子动力学模拟、超导材料气体分离过程的理论计算以及金刚石材料在硬质合金基底上生长的动力学过程的模拟等课题。
