Проаналізовано зміну збільшення й розрізнення кріогенного польового іонного мікроскопа у разі зменшення розмірів зразків у нано- і субнанометрових діапазонах. Встановлено аномальне екстразбільшення польових іонних зображень та покращання межі розрізнення. Визначено атомну будову елементарних вуглецевих нанотрубок за допомогою створеної методики з субангстремним розрізненням. Зазначено, що субнанотрубки стабільні у вигляді пентагональних призм з прямокутними елементарними комірками на бічних гранях. Доведено оборотні стереоконформаційні перетворення вуглецевих ланцюжків і пряме динамічне зображення атомів у процесі даних перетворень за результатами досягнення межі розрізнення в далекій субангстремній області.

Вперше проведено системні дослідження на атомному рівні нано- та пікорозмірних об'єктів: їх виготовлення, встановлення структурно-енергетичних властивостей, формування їх надміцних станів. Вперше розроблено аналітичну модель розрізнення польових іонних зображень нанооб'єктів: вуглецевих нанотрубок, нанодротів та лінійних моноатомних ланцюжків і експериментально реалізовано надвисоке розрізнення на рівні (0.34±0.05 Å). Вперше експериментально виявлено найтонші вуглецеві нанотрубки субнанометрового діаметра, атомна будова яких суттєво відрізняється від структури фулеренових нанотрубок. Досягнено межі розрізнення у далекій субангстремній області, що дозволило вперше отримати пряме динамічне зображення кінцевих атомів вуглецевих ланцюжків зі зламами на різних фазах конформаційних перетворень і крутильних коливань. Вперше, з застосуванням електронної емісійної мікроскопії, вдалося розрізнити просторові конфігурації атомних орбіталей, що відповідають різнім квантовим станам атома на кінці вуглецевого атомного ланцюжка. Вперше встановлено, що в процесі нанотопографічних змін поверхні в момент переміщення гвинтових дислокацій крім утворення поверхневої сходинки з висотою, що дорівнює нормальній компоненті вектора Бюргерса, має місце зміщення поверхневих атомів в метастабільні положення. Вперше експериментально виміряно міцність на розрив моноатомних вуглецевих ланцюжків і графенових нанолистів. Межа міцності вуглецевих ланцюжків істотно перевищила межу міцності всіх відомих матеріалів, включаючи вуглецеві нанотрубки і графен. Методом молекулярної динаміки встановлено, що локальні значення відносної деформації атомних зв'язків всередині карбінового ланцюжка за кімнатних і підвищених температур можуть істотно перевищувати критичні значення деформації руйнування атомних зв'язків за умов абсолютного нуля. Вперше в нанокристалах, опромінених високоенергетичними протонами, експериментально визначено залежність концентрації вакансій від дози опромінення і розмірів нанокристалів, що дозволило встановити співвідношення ефективності процесів рекомбінації міжвузлових атомів на шляху до стоків та зроблено висновок про одновимірність міграції власних міжвузлових атомів у вольфрамі. Методами польової іонної мікроскопії виявлено існування явища далекодіючої підповерхневої взаємодії власних міжвузлових атомів з адатомами радіаційного походження. Встановлено, що в результаті такої взаємодії під час опромінення вольфраму гелієвими атомами в кеВ-ному діапазоні енергій відбувається самоузгоджене формування поверхневих ланцюжків адатомів з міжатомними відстанями близько одного нанометра. Вперше розроблено метод визначення енергії утворення власних міжвузлових атомів на внутрішніх поверхнях розділу та за його допомогою визначено енергію утворення власних міжвузлових атомів на великокутових межах зерен з несумірною атомною структурою. Встановлено зниження рухливості власних міжвузлових атомів по межах зерен. Вперше методами польової іонної мікроскопії та математичного моделювання визначено атомний механізм явища радіаційно-стимульованої поверхневої дифузії та її роль в ерозії поверхні та релаксаційних процесах поверхневого самолікування.