Instytut Fizyki PAN był jednym z pionierów badań nanostruktur magnetycznych, rozwijając już pod koniec lat 70-tych badania cienkich warstw amorficznych i permalojowych (H. K. Lachowicz, H. Szymczak, R. Żuberek).

H. Szymczak i R. Żuberek pokazali, że w układach cienko- i wielowarstwowych zmiana symetrii na granicy faz powoduje zmianę nie tylko energii anizotropii, ale również oddziaływań magnetosprężystych i wprowadzili do literatury światowej koncepcję magnetostrykcji powierzchniowej oraz zaproponowali modele teoretyczne opisujące to zjawisko. Koncepcja magnetostrykcji powierzchniowej znalazła również potwierdzenie w magnetykach granularnych, jak pokazali A. Ślawska-Waniewska i R. Żuberek, w szczególności dla dwufazowych magnetycznie, metalicznych magnetyków nanokrystalicznych Fe-Zr(Nb)-Cu-B, Fe-Cu-Nb-Si-B (J. Magn. Magn. Mater. 157 (1995) 147).

Badania statycznych i dynamicznych właściwości magnetycznych nanocząstek prowadzone przez A. Ślawską-Waniewską, M. Gutowskiego i H.K. Lachowicza pokazały, że przejście do stanu superparamagnetycznego następuje nie tylko w układach niezależnych, izolowanych cząstek, ale również w układach hybrydowych cząstek w matrycach - i to zarówno diamagnetycznych jak i metalicznych (Phys. Rev. B 46 (1992) 14594).

A. Wawro i L.T. Baczewski we współpracy z grupą A. Maziewskiego z Uniwersytetu w Białymstoku zademonstrowali możliwość strojenia własności magnetycznych ultracienkich warstw kobaltu poprzez ich pokrycie warstwą metalu szlachetnego. Pokazali oni, że dobierając odpowiednio grubość warstwy metalu można osiągnąć reorientację kierunku łatwego namagnesowania warstwy kobaltu z prostopadłej na równoległą do jej powierzchni. Okazuje się, że profilowanie wierzchniej warstwy może być użyte do funkcjonalizacji własności magnetycznych ultracienkich warstw (Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 087203). Badacze ci opracowali ponadto nowatorską metodę wytwarzania kropek magnetycznych w obrębie ultracienkich warstw o namagnesowaniu prostopadłym do płaszczyzny warstwy.

Wraz z odkryciem wysokotemperaturowych nadprzewodników gwałtownie wzrosło zainteresowanie innymi materiałami z grupy określonej jako związki o silnie skorelowanych elektronach, do których one należą manganity i kobaltyty. H. Szymczak, R. Szymczak i M. Baran we współpracy z grupą I. Troyanchuka z Mińska na Białorusi przeprowadzili szczegółowe badania przejść fazowych w kobaltycie Gd_0.5B_0.5CoO₃ (Phys. Rev. Lett. 80 (1998) 3380). Pozwoliły one na stwierdzenie, że związek ten można zaliczyć do nowej klasy magnetycznych półprzewodników, wykazujących zarówno przejście fazowe antyferromagnetyk-ferromagnetyk, jak i przejście metal-izolator.

Intensywnie badano również efekt magnetokaloryczny w różnych materiałach magnetycznych. Oczekuje się, że efekt ten pozwoli na budowę nowej generacji lodówek i klimatyzatorów, które byłyby przyjazne dla środowiska i około 40% bardziej wydajne od tradycyjnych, opartych na sprężaniu gazu. W szczególności, A. Szewczyk, H. Szymczak, A. Wiśniewski i K. Piotrowski studiowali własności magnetokaloryczne manganitów La_1-xSr_xMnO₃ i wykazali, że izotermiczna zmianą entropii w polu 7 T wynosi w tych związkach około 7 J/(kg K), co czyni je dobrymi kandydatami do zastosowań w chłodzeniu magnetycznym (Appl. Phys . Lett. 77 (2000) 1026).

Tak zwane półmetale, czyli związki, które wykazują bardzo wysoką (teoretycznie 100%) polaryzację nośników (np. niektóre manganity i stopy Heuslera) są obiecującymi materiałami do zastosowań spinotronicznych. Badania naprężonych cienkich warstw epitaksjalnych La_2/3Ca_1/3MnO₃/SrTiO₃ przy użyciu magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), wykonane przez M. Wójcika, E. Jędrykę i S. Nadolskiego we współpracy z grupą kierowaną przez J. Fontcuberta z Barcelony, dostarczyły dowodu na istnienie separacji faz w tych materiałach, czyli na współistnienie ferromagnetycznych obszarów metalicznych i niemetalicznych, jak również obszarów, które są nie-ferromagnetyczne i izolujące. Pokazano, że segregacja faz odpowiada za redukcję temperatury Curie i przewodnictwa w warstwach o grubości nanometrów (Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 067210).

Prace w dziedzinie nadprzewodnictwa zainicjował w Instytucie J. Raułuszkiewicz, który na przełomie lat 70-tych i 80-tych badał zjawiska tunelowania z wykorzystaniem nadprzewodników. Badania nadprzewodnictwa wysokotemperaturowego w miedzianach rozpoczęły się w 1987 roku i miały na celu przede wszystkim wyjaśnienie właściwości magnetycznych i transportowych tych związków. W szczególności, pionierskie badania wpływu defektów radiacyjnych na gęstości prądu krytycznego przeprowadzili w 1987-1989 A. Wiśniewski, M. Baran, P. Przysłupski i H. Szymczak. Późniejsze badania MgB₂, wykonywane przy użyciu magnetometrii momentu skręcajacego przez R. Puźniaka i A. Wiśniewskiego we współpracy z naukowcami z ETH i Uniwersytetu w Zurychu, dostarczyły jednego z pierwszych dowodów na dwuprzerwowy charakter nadprzewodnictwa w tym związku (Phys . Rev. Lett. 95 (2002) 247009). P. Przysłupski badał współistnienie ferromagnetyzmu i nadprzewodnictwa oraz efekt zbliżeniowy w heterostrukturach: manganit/YBa₂Cu₃O₇. Badania te miały na celu ustalenie, czy sprzężenie wymiany pośredniej, podobne do obserwowanego w heterostrukturach wykazujących GMR (np. Co/Cu, Fe/Cr), jest również możliwe w układzie warstw ferromagnetycznych oddzielonych nadprzewodnikiem. Badania przeprowadzone na Uniwersytecie w Augsburgu, we współpracy z P. Przysłupskim wykazały, że heterostruktury manganit/YBa₂Cu₃O₇ stanowią nową klasę materiałów z ujemnym współczynnikiem załamania dla fal elektromagnetycznych. W tych supersieciach współczynnik załamania światła może być przełączany pomiędzy dodatnimi i ujemnymi wartościami za pomocą zewnętrznego pola magnetycznego jako parametru strojenia (Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 247009). R. Szymczak we współpracy z grupą z Katolickiego Uniwersytetu w Leuven studiował współistnienie porządku magnetycznego i nadprzewodnictwa. Zaobserwowali oni nadprzewodnictwo ścian domenowych w hybrydach nadprzewodnik-ferromagnetyk (Nature Materials 3 (2004) 793). W 2010 roku grupie kierowanej przez M. Berkowskiego udało się wyhodować wysokiej jakości monokryształy chalkogenków (np. FeSe_xTe_1-x). Chalkogenki wraz z pniktydkami są nową klasą nadprzewodników na bazie żelaza. Obecnie monokryształy FeSe_xTe_1-x są najbardziej intensywnie badanymi nadprzewodnikami w Instytucie Fizyki. R. Puźniak we współpracy z ETH w Zurychu przeprowadził badania gęstości prądu krytycznego w pniktydkach. Pokazali oni, że związki te wykazują bardzo wysoką gęstość prądu krytycznego, powyżej 10¹⁰ A/m² w zerowym zewnętrznym polu magnetycznym, co jest wartością zbliżoną do obserwowanych dla miedzianów (Nature Materials 9 (2010) 628).

Badania prowadzone w grupie prof. Marty Cieplak koncentrują się na własnościach nadprzewodników wysokotemperaturowych, cienkich warstw nadprzewodzących i heterostruktur. We współpracy z Markiem Berkowskim (ON3) i naukowcami z Uniwersytetu Rutgers (USA) wprowadzono SrLaAlO4 jako nowe podłoże dla wzrostu warstw La_2-xSr_xCuO₄ (Appl. Phys. Lett., 1994). Od tego czasu technologia ta jest stosowana na całym świecie. Osiągnięto pierwszy udany wzrost warstw La_2-xSr_xCuO₄ domieszkowanych cynkiem (Appl. Phys. Lett., 1998).

W warstwach La_2-xSr_xCuO₄ badano różne aspekty przejścia nadprzewodzącego. W szczególności, wraz z doktorantami K. Karpińską, i A. Malinowskim zbadano przejście indukowane polem magnetycznym (Phys. Rev. Lett., 1996, 1997), studiowano nie nadprzewodzącą fazę metaliczną wywołaną domieszkowaniem Zn (Phys. Rev. Lett., 2000), a następnie przeprowadzono szczegółowe badania magnetooporu w warstwach domieszkowanych cynkiem (dwa artykuły opublikowane w Phys. Rev. B, 2002). We współpracy z Rutgers University, University of Nijmegen i Ohio State University przeanalizowano efekty lokalizacji i interakcji w sub-optymalnych warstwach La_2-xSr_xCuO₄ (Phys. Rev. Lett., 2004).

We współpracy z doktorantką Z. Adamus i grupami badawczymi na Johns Hopkins University i Ecole Polytechnique badano ewolucję diagramu fazowego i przypinanie wirów w nadprzewodzącej warstwie niobu, indukowane poprzez dostrojenie profilu domen magnetycznych w warstwie ferromagnetycznej. Zademonstrowano przestrajalne wzmocnienie przypinania wirów i zbadano uwięzienie wirów przy różnych geometriach domen magnetycznych (J. Appl. Phys. 2005, Phys. Rev. B, 2010, 2011, 2013). Badania dwuwarstw tlenkowych są obecnie w toku.

Najnowsze zainteresowania naukowe koncentrują się na fizyce domieszkowanych nadprzewodników na bazie żelaza. W kryształach, wyhodowanych przez D. Gawryluka i M. Berkowskiego (ON-3), badany jest wpływ domieszkowania na własności transportowe (opór, efekt Halla i magnetoopór), w celu wyjaśnienia natury stanów nadprzewodzącego i normalnego. Jest to pierwsze udane studium wysoko domieszkowanych chalkogenków żelaza (przedstawione na Zgromadzeniu Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego w Baltimore, 2013, publikacja w przygotowaniu).