- Badanie procesów elektrycznych, magnetycznych i fotonowych w powłoce elektronowej atomów i jonów metodami rezonansowej spektroskopii laserowej i mikrofalowej pod kątem nowych kwantowych rozwiązań informatycznych i metrologicznych;
- Analiza oddziaływań między powłoką elektronową a jądrem atomowym (oddziaływań nadsubtelnych) z uwzględnieniem efektywnych oddziaływań wyższego rzędu, przy wykorzystaniu autorskiego pakietu programów do obliczeń w dużej skali.
- Badanie struktury powłoki elektronowej atomów i oznaczanie rezonansowych przejść elektromagnetycznych (w szczególności atomów ziem rzadkich oraz metali z otwartymi powłokami 3d, 4d i 5d) metodami fluorescencji indukowanej selektywnie światłem laserowym, pod kątem nowych wzorców spektralnych oraz na potrzeby realizacji pamięci, przełączników i przekaźników kwantowych;
- Analiza możliwości wykorzystania elektronów i powłok elektronowych jako anten-interfejsów w analizie własności parametrów magnetycznych i elektrycznych jąder atomowych pod kątem opracowywania nowych wzorców czasu i częstości;
- Spektroskopia laserowa atomów o ograniczonej liczbie stopni swobody (w strumieniu atomowym) metodami laserowo indukowanej fluorescencji oraz podwójnego rezonansu laserowo-mikrofalowego;
- Badania systemów cząstek naładowanych uwięzionych w pułapkach elektromagnetycznych i oddziałujących z polem elektromagnetycznym i promieniowaniem laserowym pod kątem opracowania nowych sensorów sił elektrycznych, magnetycznych czy atomowych; Opracowanie koncepcji jednoatomowego czujnika sił atomowych opartego o pułapkę planarną typu Paula.
- Badanie możliwości pompowania laserów barwnikowych CW przez lasery diodowe oraz badanie mechanizmu transferu energii w mieszaninie barwników
- Wytwarzanie i badanie wirów optycznych w kontekście perspektyw poszerzenia wiedzy na temat propagacji światła oraz manipulacji pojedynczymi atomami lub molekułami za pomocą światła laserowego.
- Poszukiwanie przejść optycznych w jądrze atomu toru przy użyciu metod spektroskopii laserowej, umożliwiających poprawę dokładności zegarów atomowych
.