Ein wesentliches Forschungsfeld des FG Angewandte Physik und Halbleiterspektroskopie stellen spektroskopische und spektromikroskopische Untersuchungen an Schichten und Schichtstrukturen dar. Ziel ist es dabei, Aufklärung über die elektronischen Eigenschaften und geometrischen Strukturen verschiedener Materialien; wie Metall- und Mischoxide, intermetallische Verbindungen und Legierungen, Halbleiter, leitende und halbleitende Polymere, TCOs, Graphen und Katalysatoren zu erhalten.

Dafür stehen beim Fachgebiet die elektronenspektroskopischen Techniken XPS, XAS, UPS, resPES, EELS, AES und NEXAFS und die spektromikroskopische Abbildung mittels Photoelektronen (LEEM, PEEM) zur Verfügung, wobei als Anregungsquellen Gasentladungslampen oder Röntgenquellen im Labor sowie hochbrillante Synchrotronstrahlung (Bessy II, Berlin; Solaris, Krakau) genutzt werden können. Zusätzlich werden mikroskopische Untersuchungen (AFM, STM, optisch) zur Strukturaufklärung dieser Materialien eingesetzt.

Die Untersuchungen dieser Materialien sind wesentlich für ihre Nutzung in Solar- und Brennstoffzellen, Feldeffektbauelementen,  Sensoren  und in der Katalyse sowie in anderen materialwissenschaftlichen Zweigen wie z.B. der Autoindustrie.

Neben den spektroskopischen Untersuchungen von Materialien für verschiedene Anwendungen werden am Fachgebiet auch Katalysatoren für die Photokatalyse und die CO2-Methanisierung entwickelt und getestet. Diese Aktivitäten fokussieren dabei auf die Herstellung der Katalysatoren und ihrer Verhaltenscharakteristika (Sensitivität, Selektivität, Querempfindlichkeit, Temperaturabhängigkeit, Langzeitstabilität) sowie auf die Entwicklung der Messtechnik und Datenaquisition.

Außerdem forscht das Fachgebiet intensiv auf dem Gebiet der Atomlagenabscheidung (ALD). Dabei steht insbesondere das initiale Schichtwachstum im Fokus des Interesses. Hierbei werden sowohl Abscheidung als auch Charakterisierung in situ durchgeführt, entspricht »(in situ)2«, wobei die spektroskopischen  Charakterisierungen »cycle by cycle« durchführbar sind.