С 2008 года работает в НИИЯФ МГУ. В октябре 2013 года  защищена диссертационная работа «Исследование образования дефектов и рекристаллизации в пленке кремния на сапфире при ионном облучении»  по специальности 01.04.20 
    С 2017 года назначен исполняющим обязанности заведующего лаборатории  ионно-пучковых нанотехнологий.

За последние три года под руководством Шемухина А.А. были получены новые данные о влиянии профиля распределения примеси алюминия в эпитаксиальных структурах карбида кремния на создание электронных компонент силовой электроники. Изучено образование радиационных дефектов в карбиде кремния после высокотемпературного облучения протонами.  Изучено образование дефектов и вакансий в алмазах, возникающих при ионной бомбардировке ионами гелия. А также изучено влияние свойств границы раздела кремний-сапфир на характеристики ультратонких пленок кремния на сапфире. Разработан метод отделения тонких пластин широкозонных полупроводниковых материалов, в том числе сверхтвердых, с использованием метода ионной имплантации. Разрабатывается методика контролируемого управления транспортными свойствами композитов на основе углеродных нанотрубок. Изучаются механизмы взаимодействия (распыление, имплантация, дефектообразование) ионов средних энергий с наноразмерными объектами. 

Опубликовано более 56 статей в журналах.