Перші роботи в області фізики металевих поверхонь в Інституті металофізики АН УРСР були розпочаті в 1965 р. з ініціативи В.Т. Черепіна, тоді старшого наукового співробітника, з створення іонного мас-спектрального мікроскопа. Мікроскоп був введений в дію в 1969 р., вперше в СРСР. Невелика група перетворилася на лабораторію, а потім виросла у відділ фізики металевих поверхонь, який організаційно оформився в 1969 р. До 2004 р. ним керував чл.-кор. НАН України В.Т. Черепін. Першими співробітниками відділу були Ю.П. Майфет, Ю.Н. Іващенко, М.О. Васильєв, С.П. Ченакін. Перша кандидатська дисертація з нової тематики була захищена Ю.Н. Іващенком в 1971 р. З тих пір кандидатами наук стали 30 співробітників відділу, 5 (В.Т. Черепін, М.О. Васильєв, С.П. Ченакін, А.А. Косячков, С.Д. Городецький) - докторами наук. У 1985 р. з відділу фізики металевих поверхонь був виділений в самостійний підрозділ відділ атомної структури і динаміки поверхні, який очолив М.О. Васильєв. У 2004 р. відбулося злиття цих двох відділів. Об'єднана структура зберегла назву "Відділ атомної структури і динаміки поверхні", його керівником став професор Васильєв М.О. Основний науковий напрямок відділу - дослідження статичних і динамічних дефектів поверхні і приповерхневих шарів у манометровому діапазоні; дослідження процесів взаємодії атомних часток з поверхнею твердого тіла і використання супутніх цим процесам явищ для вивчення і зміни складу, структури і фізичних властивостей поверхні матеріалів.

У відділі створено комплекс сучасних оригінальних надвисоковакуумних комбінованих приладів, що дозволяють на якісно новому рівні досліджувати поверхню методами мас-спектрометрії вторинних іонів, спектроскопії іонного розсіювання, електронної оже-спектроскопії, електронно-стимульованої десорбції іонів з високим енергетичним кутовим і мас-спектральним дозволом.

Фізика вторинно-емісійних явищ і розробка на їх основі методів локального і пошарового аналізу поверхні твердих тіл займають центральне місце в роботах відділу. Виконано систематичні дослідження закономірностей емісії вторинних іонів при бомбардуванні металів і сплавів іонами аргону, гелію, кисню, водню, в результаті чого визначено роль фізико-хімічних і структурних факторів у процесах іонізації розпорошених атомів.

В останні роки виявлені нові галузі структурної чутливості вторинної емісії, що розширюють можливості діагностики поверхні:

• виявлено ефект посилення емісії та зростання найбільш вірогідною енергії вторинних іонів компонентів з аморфних сплавів на основі залізу в порівнянні з відповідними кристалізованими сплавами, виявлено посилення емісії вторинних іонів металу з області радіаційних пошкоджень, викликаних імплантацією іонів інертних газів і власних іонів
• при дослідженні високотемпературних надпровідних з'єднань і аморфних металевих сплавів встановлено, що параметри емісії вторинних і розсіяних первинних іонів несуть інформацію про ближнього хімічному і топологічному атомному порядку, про варіації локальної електронної структури, міжатомних відстаней, енергій зв'язку атомів і корелюють з фізичними властивостями об'єктів 
• виявлено, що диференціальні розподіли вторинної іонної емісії, вимірювані з високим енергетичним і кутовим дозволами, характеризуються тонкою структурою, залежною від кристалоструктурних властивостей мішені, відмінностей в енергіях зв'язку та спрямованості зв'язків атомів поверхні, наявності адсорбата, а також від умов перезарядки і електростатичної взаємодії вторинних іонів з поверхнею і з іонами пучка, що бомбардує
• встановлено, що дисипація енергії іонів, що бомбардують, в каскадах зіткнень атомів поверхні аморфних, полікристалічних і монокристалічних матеріалів характеризується власною анізотропією, яка зумовлює взаємозв'язок між напрямком і енергією емісії нейтральних атомів і вторинних іонів

Іншим напрямом досліджень у відділі є модифікація фізико-хімічних властивостей поверхні матеріалів іонними пучками і плазмовими потоками. Всебічно вивчена кінетика хемосорбції кисню на вихідній і опроміненій іонами аргону поверхні чистих металів, полі- та монокристалів сплавів залізо-нікель, аморфних металевих сплавів залежно від складу, структури об'єкта, дози і енергії іонів, що бомбардують, температури опромінення мішені.

Встановлено, що імплантація іонів аргону в матеріал призводить, як правило, до уповільнення окислення опроміненої поверхні, а величина ефекту уповільнення залежить не тільки від характеристик об'єкту і параметрів опромінення, а й від експозиції О_2. Розроблено модель цього явища. В опромінених іонами аморфних сплавах на основі заліза виявлені більш розупорядковувана і пухка аморфна структура і виділення нових метастабільних боридних фаз з ГЦК-  і ГПУ-структурою, що не утворюються при термічній кристалізації сплавів. Досліджено взаємодію плазми ВЧ-розряду в атмосфері N, H з поверхнею металів, інтерметалідів і багатошарових тонких плівок. Виявлено аномально глибоке проникнення атомів робочого газу в об'єм матеріалу і посилене перемішування атомів твердого тіла, зареєстровано формування нітридних і гідридних фаз. Розроблено модель прискореного масоперенесення атомів з плазми в об'єм тіла. У відділі ведуться теоретичні роботи, пов'язані з розрахунками електронної структури поверхні. Розроблено нову модель, в рамках якої розрахована з узгодженням  електронна структура поверхні низькоіндексних граней для різних металів, отримані локальні та парціальні щільності електронних станів, спектри поверхневих станів і резонансів, роботи виходу, зрушення енергій зв'язку остових електронів на поверхні, розраховані двомірні поверхні Фермі на гранях ряду перехідних металів. Розрахована узагальнена сприйнятливість окремих поверхневих шарів. Тривають роботи зі створення нових приладів і експериментальних комплексів, що відповідають світовому рівню. Створено систему з субмікронним іонним зондом на основі рідкометалевого іонного джерела для наноструктурування матеріалів, що дозволяє також проводити тривимірний вторинно-іонний мас-спектрометричний аналіз модифікованих шарів твердих тіл з високим латеральним і пошаровим дозволом. Створені тунельний мікроскоп, що сканує, і профілометр поверхні на рівні нанорельєфа, стіл з п'єзоприводом і ємнісним датчиком переміщення. Розроблено концепцію і виготовлено макет принципово нового мас-аналізатора типу "Сферотрон", проведено комп'ютерне моделювання його роботи.

Новий якісний стрибок у розвитку уявлень про будову як самої верхньої поверхневої площині, так і найближчою до неї приповерхневої зони аж до об'ємної гратки, пов'язаний із створенням у відділі нового експериментального комплексу, який включає наступні високовакуумні методи: дифракцію повільних електронів, дифракцію швидких електронів, спектроскопію розсіювання повільних іонів, електронну оже-спектроскопію, спектроскопію характеристичних втрат енергії електронів, спектроскопію порогових потенціалів, мас-спектрометрії вторинних іонів. За допомогою даного комплексу і оригінальних методичних розробок, що широко використовують систему автоматизації на базі мікро-ЕОМ, аналізуються наступні характеристики поверхні металу: геометричні параметри і симетрія поверхневої гратки, включаючи її реконструкцію і релаксацію; дебаєвські температури, середньоквадратичні теплові зміщення атомів; коефіцієнт термічного розширення; хімічний склад та інші фізико-хімічні та електронні властивості. Пошарові характеристики реєструються з субнанометровим дозволом в діапазоні температур від кімнатної до 1500 К. Експериментальні та теоретичні роботи відділу спрямовані насамперед на отримання нових фундаментальних даних про вплив нагріву у вакуумі та низькоенергетичного іонного бомбардування на склад, кристалічну структуру і динамічні характеристики на глибину декількох атомних шарів поверхневої зони феромагнітних кристалів і сплавів, в об’ємі яких протікають переходи типу порядок-безлад і магнітні перетворення, а також на встановлення фізичної природи явища поверхневої сегрегації в сплавах на основі перехідних металів. Роботи прикладного характеру пов'язані з проведенням пошарового фізико-хімічного аналізу поверхні матеріалів і тонких плівок з субнанометровим дозволом, з розробкою способів низькотемпературної іонно-плазмової модифікації властивостей поверхні, з нанесенням захисних покриттів. В останні роки при дослідженні властивостей поверхні монокристалів феромагнітних металів і сплавів систем Fe-Ni, Co-Ni  і Co-Pt отримані важливі результати:

• виявлені феромагнітні аномалії в розсіянні повільних електронів і тепловому розширенні поверхневої гратки для монокристалів нікелю і сплаву FeNi_3. Теоретично показано, що в області магнітного фазового переходу розсіювання на магнітній підсистемі переважає над розсіюванням на теплових коливаннях гратки
• для атомно-чистих поверхонь монокристалів Ni, Fe, Fe₃Ni, FeNi_3, CoNi_3, CoNi, Со₂₀Pt₈₀ визначені пошарові значення температури Дебая, середньоквадратичного змішування атомів, коефіцієнта теплового розширення, релаксації гармонійної і ангармонічної компонент сил міжатомної взаємодії
• експериментально доведено і теоретично обґрунтовано немонотонний характер температурної залежності складу поверхні і пошарового перерозподілу компонентів, обумовлений протіканням в об’ємі кристала і в поверхневих шарах феромагнітного сплаву Fe-Ni магнітного перетворення і фазового переходу типу порядок-безлад
• виявлено термо- та радіаційно-стимульований фазовий перехід ГЦК-ГПУ в поверхневому шарі монокристалів CoNi (100)  і Co₂₀Pt₈₀ (111), викликаний сегрегаційними процесами

Виконано систематичні дослідження процесу розпилення низькоенергетичними іонами He⁺ моношарів  молекул гексадекантіоля (ГДТ), CH₃(CH₂₎₁₅SH, самоорганізованих на поверхні підкладок Au (111) і Ag (111), залежно від іонної дози, енергії і кута падіння іонів. У кінетиці розпилення системи ГДТ/Ag виявлено двостадійний процес, пов'язаний зі "зрізанням" довгих вуглеводневих молекул, який відсутній в системі ГДТ/Au. Остання ж характеризується набагато більш високою швидкістю руйнування молекулярної плівки, ніж ГДТ/Ag. Запропоновано модельний механізм процесу розпилення таких молекулярних структур. Отримано принципово важливі результати, що вказують на взаємозв'язок параметрів електронної структури і фізичних властивостей поверхні з радіаційно-стимульованими процесами, що відбуваються в об’ємі металевих сплавів при радіаційному впливі. Останнім часом розпочато систематичні дослідження впливу зовнішніх дій на фізико-хімічні властивості поверхні стоматологічних сплавів. Значна увага у відділі приділяється дослідженню та діагностиці поверхні нового класу каталізаторів, що розробляються для широкого використання в промисловості. Зокрема, при вивченні поверхневого складу і хімічного стану атомів компонентів алюмінієво-ванадієвого оксидного каталізатора для різних умов його осадження з розчину виявлена ​​чітка залежність характеристик поверхні оксиду від водневого показника розчину рН та її кореляція з рН-залежністю каталітичних властивостей.