Science des matériaux

Les consommateurs recherchent actuellement des appareils électroniques plus compacts, plus légers, moins onéreux, mais qui offrent de meilleures performances et des temps de fonctionnement supérieurs. Pour répondre à ces besoins contradictoires, les chercheurs doivent développer du nouveau matériel, miniaturiser les appareils existants et améliorer l’efficacité des appareils. L’effort à effectuer pour augmenter la densité et les performances de l’appareil tout en réduisant la consommation électrique a poussé les chercheurs à se tourner vers le graphène et d’autres solides en 2 dimensions (2D) offrant une excellente mobilité de porteur de charge ainsi que vers les semiconducteurs organiques et les circuits nanoélectroniques.

Les batteries à rendement élevé basées sur les nouveaux électrolytes et matériaux d’électrodes s’avèreront essentielles pour augmenter les temps de fonctionnement. Les technologies avancées des piles à combustibles conçues pour améliorer l’efficacité et réduire le coût de la prochaine génération de véhicules électriques sont également en cours d’évaluation. La volonté d’utiliser des solutions de génération d’alimentation plus vertes pousse les investigations vers les superconducteurs à des températures supérieures et les semiconducteurs de puissance qui sont essentiels à la conversion de puissance. Les matériaux tels que l’arséniure de gallium (GaAs) et le carbure de silicium (SiC) seront incontournables pour les futures technologies de transmission de puissance. La science des matériaux tient également une place centrale dans l’efficacité de la conversion et la puissance en sortie des cellules photovoltaïques. Il est nécessaire d’étudier de nouveaux matériaux et structures pour améliorer l’efficacité des diodes laser, et ainsi augmenter les capacités de transmission des données.

La caractérisation des matériaux repose sur des mesures extrêmement sensibles, de la mesure des courants de fuite de l’ordre du femtoampère aux mesures de résistances en microohms pour évaluer la résistivité des matériaux à mobilité de porteurs de charge élevée. De l’autre côté de l’échelle, la caractérisation des derniers isolants requiert souvent des mesures de l’ordre du téraohm. Les recherches en matière de superconducteurs ou de nanomatériaux effectuées aux environs de 0 ⁰K imposent de réduire la puissance de l’alimentation afin d’éviter tout échauffement susceptible d’affecter la réponse du circuit ou du matériau ou d’endommager ce dernier. Il est dans ce cas nécessaire de délivrer des courants très faibles ou des impulsions de courant.