Наукові дослідження на кафедрі квантової електроніки та Проблемної науково-дослідної лабораторії фізичної електроніки УжНУ проводяться в трьох наукових напрямках:

1) напрямок – взаємодія заряджених частинок з атомами і молекулами в різних фазових станах (керівник проф. Шафраньош І.І.);

2) напрямок – квантової електроніки (керівники проф.Шимон Л.Л., проф. Шуаібов О.К.);

3) напрямок –  багатофотонна іонізація (керівник проф. Суран В.В.).

В межах першого наукового напрямку проводяться оригінальні дослідження процесів непружного та надпружного розсіювання електронів на метастабільних атомах; дослідження процесів збудження, іонізації та фрагментації електронами біомолекул азотних основ нуклеїнових кислот в газовій фазі; дослідження процесів збудження та механізмів випромінювання кластерів газових складових атмосфери Землі. Вказані дослідження є фундаментальними за змістом і носять пріоритетний характер як в нашій країні, так і за її межами. Зокрема, за останні роки встановлені основні механізми та закономірності перебігу процесів збудження та іонізації із метастабільних станів атомів електронним ударом; вперше зроблений важливий висновок про роль вторинних електронів при радіаційному ураженні біосистем; виконані мас-спектрометричні дослідження процесів іонізації біомолекул; отримано нові дані про довготривалі збуджені стани кластерів та виявлений радіаційний механізм їх розпаду. Розроблена методика досліджень збудження поверхонь рідин з метою експрес-розпізнання невідомих розчинів за допомогою комп’ютеризованих спектрометрів. Вперше отримано спектр електрон - фотонної емісії (ЕФЕ) молекул азотистої основи НК урацила, впроваджених в керамічну підкладку, при використанні електронів з енергією 600 еВ в умовах надвисокого вакууму Р ≤ 5 × 10-9 Па. В УФ і видимій області спектра виявлені широкі безструктурні смуги з максимумами при λ = 335 нм, λ = 435 нм і λ = 495 нм. Природа цих смуг пов'язують із збудженням π-електронів молекули урацилу з основного синглетного стану S0 в збудженні синглетні стану Sn і збудженні триплетні стану Tn, з подальшою їх дезактивацією в стани S1 і T1. Радіаційний розпад нижнього синглетного стану в основний стан формує смугу флуоресценції з максимумом при λ = 335 нм, яка є домінуючою в спектрі ЕФЕ молекул урацилу, впроваджених в твердотільну матрицю. Молекулярна смуга з максимумом при λ = 435 нм є смугою фосфоресценції і обумовлена ​​радіаційним переходом T1 → S0. Фрагментація молекул урацилу, іммобілізованих в твердотільну матрицю, під дією електронного бомбардування (Е = 600-800 еВ) пнехтовно мала. Отже, адсорбція біомолекул в пористі поверхні твердого тіла може захистити їх від деградації в навколишньому середовищі. Апробований в роботі метод електрон-фотонної спектроскопії виявляється плідним для дослідження властивостей біологічних молекул оскільки він, крім дозволених переходів, дозволяє спостерігати прояв смуг, обумовлених інтеркомбінаціоннимі переходами, забороненими правилами відбору по спіну електрона.

Напрямок із квантової електроніки (керівник проф..Шуаібов О.К.) інтенсивного розвитку набув на основі виконання госпдоговірних робіт по створенню і дослідженню в 1972–1974 роках лазерів на парах міді та інших високотемпературних металів, а в 1977 році – лазерів на ексимерних молекулах моногалогенідів інертних газів. Ініціатором цих робіт був професор Запісочний І.П., а безпосереднім організатором і ведучим виконавцем – доцент Шевера В.С., якого по праву слід вважати першим дослідником з лазерної тематики на Закарпатті. Роботи по мідному і ексимерному лазерах стали базисними для подальшого розгортання наукових досліджень газорозрядних модулів електричного прокачування агресивних газових середовищ на основі багатоелектродного коронного розряду високого тиску в імпульсно-періодичних ексиплексиних випромінювачах та розробки, оптимізації і дослідження вихідних характеристик УФ-ВУФ джерел некогерентного випромінювання з різними типами газорозрядного накачування. Результати цих досліджень підсумовані в монографіях: Шуаібов О.К. «Багатоелектродний коронний розряд в газах високого тиску». 2015. Видавництво «Говерла», 136 стр.; Шуаібов О.К., Грицак Р.В. «Ультрафіолетові лампи на радикалах гідроксилу та ексиплексних молекулах з накачуванням бар’єрним наносекундним розрядом». 2018. Ужгород: ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Видавництво «Говерла» ISBN: 978-617-7333-63.  – 114 с.; Шуаібов О.К., Грабова І.А., Шевера І.В «Газорозрядні УФ–ВУФ ексиплексні і галогенні лампи низького тиску. 2018. ДВНЗ «Ужгородський національний університет». Видавництво «Говерла» ISBN: 978-617-7333-63-9.  – 260 с. і представлені в навчальному посібнику: О.К. Шуаібов, І.В. Шевера, А.О. Малініна, О.М. Малінін   «Низьковольтна імпульсна електроніка». 2018. Видавництво «Говерла», «Ужгородський національний університет» -238 с.

Особливістю розвитку квантової електроніки в УжДУ був і є комплексний підхід до організації фундаментальних (теоретичних і експериментальних) досліджень газових лазерів і розробки базових моделей лазерних приладів. В результаті за час існування відділу квантової електроніки ПНДЛ ФЕ (керівник групи дослідників Шуаібов О.К.) досліджені: фізичні процеси і механізми генерації газорозрядних ексимерних лазерів; фізика утворення ексимерних молекул на моногалогенідах інертних газів в неперервному плазмодинамічному потоці; створено лабораторний прилад - лазерний проекційний мікроскоп на основі активного середовища на міді, що представляє інтерес для біології, медицини і мікротехнології; декілька варіантів імпульсно-періодичних лазерів з енергією випромінювання 10-200 мДж і частотою генерації 1-100 Гц, а також  газорозрядних УФ-ВУФ ламп з середньою потужність випромінювання 0.1-40 Вт.

Встановлено, що перенапружений наносекундний розряд в повітрі між електродами з цинку, міді і заліза є селективним джерелом УФ-випромінювання в спектральному інтервалі 200-300 нм; досягнуто максимальний імпульсний енергетичний внесок в плазму – 4 МВт, а енергія, що вносилась в розряд за один імпульс досягала 0,1 Дж. Дослідження характеристик і параметрів плазми на основі халькопіритів показало: в міжелектродному проміжку формується просторово однорідне плазмоутворення в формі близькій до кулеподібної; в спектрах випромінювання плазми переважає випромінювання атомів міді, індію і сурми, а плазма повітря представлена інтенсивною спектральною лінією 500.5 нм NII; амплітуда струму перенапруженого наносекундного розряду досягала 100 А, а максимальний енергетичний внесок складав 1 МВт; установлено, що при розпорошенні халькопіритів в перенапруженому наносекундному розряді концентрації розпорошених компонентів відповідають їх стехіометричному співвідношенню в електродах, що може бути використано для синтезу наноструктур халькопіриту і напилення тонких плівок для використання в сонячних батареях.

Синтезовано тонкі плівки на основі наноструктур оксидів міді, цинку і заліза з розмірами 2-40 нм та виявлено, що при асистуванні напилення цих плівок УФ- випромінюванням плазми в спектральному діапазоні 200-250 нм утворюються вузькі смуги просвітлення наноструктурованих плівок в синьо-голубій ділянці спектру, що може бути зумовлено утворенням радіаційних дефектів в цих плівках. На основі дослідження характеристик і параметрів тліючого та імпульсно-періодичного наносекундного розрядів в повітрі атмосферного тиску з електродом на основі розчинів солей перехідних металів в дистильованій воді показано, що в середовищі рідинного електрода в результаті плазмохімічних реакцій в рідині утворюються колоїдні розчини наноструктур оксидів металів в значній кількості представляють інтерес для застосування в мікро-наноелектроніці, медицині і біології.   

Вагомими досягненнями у цьому напрямку є дослідження групи співробітників під керівництвом професора Малініна О.М. Вони присвячені встановленню ефективності ряду фізико-хімічних процесів, що впливають на кінетику утворення верхнього лазерного рівня ексиплексних молекул моногалогенідів ртуті та хлористого ксенону в плазмі газового розряду на сумішах галогеномісних молекул, азоту, елегазу  та атомів інертних газів. Ним встановлено механізм дисоціативного збудження енергетичних станів бромистої ртуті електронами з переважним утворенням атома брому і електрона, з'ясовано ефективність процесів збудження та гасіння цих станів, а також утворення від'ємних іонів у газорозрядній плазмі на робочих сумішах, які використовуються в активних елементах ексиплексних ХеСl- і НgВr-лазерів та електророзрядних ексиплексно-галогенних лампах. Запропоновано спосіб оптимального використання активного елемента лазера на моногалогенідах ртуті, який розширює діапазон довжин хвиль генерації і підвищує енергію випромінювання, та способи покращення інших характеристик ХеСl-лазера. Встановлено механізм зменшення енергії генерації і обмеження ресурсу роботи  XeCl – лазера. Створено новий клас економічних спектральних ламп з підвищеною яскравістю у видимому діапазоні довжин хвиль, з широкими функціональними можливостями застосування, а саме для практичного використання у біотехнології, агрофізиці, для більш ефективного управління фотосинтезом, ростом, розвитком рослин та водорослей, при проведенні наукових досліджень з квантової електроніки, для накачки твердотільних і рідинних лазерів та в медицині. Результати досліджень використовувалися у розробках ракетно-космічної корпорації "Енергія" ім. С.П. Корольова. Співробітниками групи здійснювалось наукове стажування: на кафедрі фізичної електроніки університету Масаріка, м. Брно, Чехія в лабораторії фізики плазми, Еколь Політекнік, м.Палезо, Франція; в національному центрі наукових досліджень, університет де Лоран, інститут Жан Лямур, м.Нансі, Франція; в університеті науки та технології ім. Короля Абдулаха, м.Тувал, Саудовська Аравія. За результатами наукових досягнень професор Малінін О.М. був обраний членом Нью-Йорської Академії наук, йому бібліографічним центром в Кембріджі (Англія) присвоєно нагороди “Міжнародний науковець 2004 року” та «Живої науки». Наукова група має більше ніж 300 наукових праць, 16 патентів на винаходи і корисні моделі  та 15 навчальних і методичних посібників. З 2017 року почато проведення розробки нових газорозрядних джерел світла для технологічного оновлення та розвитку парникового господарства, на основі якої встановлено позитивний вплив додаткового штучного освітлення джерел світла з спектральними смугами фотосинтетично активної радіації (ФАР) на початкові етапи росту та розвитку розсади овочевих культур.

Дослідження процесів багатофотонного збудження та іонізації атомів як наслідок взаємодії лазерного випромінювання з атомами у вільному стані були започаткованими в 1970 році (керівник проф. Суран В.В.). Вперше був виявлений ефект утворення двозарядних іонів при багатофотонній іонізації атомів. Цей ефект в подальшому був підтверджений у різних лабораторіях світу (Франції, Німеччині, США, Канаді, Узбекистані). Інтенсивно ведеться дослідження закономірностей та особливостей утворення однозарядних іонів в полі випромінювання одного та двох лазерів та механізму утворення двозарядних іонів в видимій та інфрачервоній ділянках спектру.

Результати останніх досліджені підсумовані в монографії:  Шуаібов О.К., Малініна А.О., Малінін О.М. Нові газорозрядні методи одержання селективного ультрафіолетового і видимого випромінювання та синтезу наноструктур оксидів перехідних металів: - Ужгород: ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Видавництво «Говерла», 2019 р. – 187 с. та частково наведені в навчальному посібнику: Шуаібов О.К., Грицак Р.В. «Біомедична інженерія. Вступ до спеціальності).  – Ужгород: ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Видавництво «Говерла», 2019 р. – 177 с. ISBN 978-617-7333-75-2.