Материаловедение

Современным потребителям необходимы более маленькие, легкие и дешевые электронные приборы, чем когда-либо раньше. Эти приборы должны быть оснащены большим количеством функций и иметь увеличенное время работы. Чтобы удовлетворить эти противоречивые требования, исследователям необходимо разрабатывать новые материалы, уменьшать габариты существующих устройств и повышать их эффективность. Стремление увеличить плотность компонентов в устройствах, повысить их производительность и снизить энергопотребление привело к исследованиям графена и других двумерных твердых веществ с высокой подвижностью носителей, а также органических полупроводников и наноустройств.

Для увеличения времени работы устройств требуются высокоэффективные батареи, в которых будут использоваться новые материалы для электролитов и электродов. Кроме того, в настоящее время ведутся разработки передовых технологий топливных элементов, которые позволят повысить эффективность и снизить стоимость электрических транспортных средств нового поколения. Потребность в более экологичных решениях для генерации электроэнергии подстегивает исследования в области высокотемпературных сверхпроводников и силовых полупроводниковых приборов, необходимых для преобразования энергии. Ряд материалов, например арсенид галлия (GaAs) и карбид кремния (SiC), будут ключевыми для будущих технологий передачи энергии. Исследования в области материалов также необходимы для увеличения эффективности преобразования энергии и повышения выходной мощности солнечных батарей. Чтобы повысить эффективность лазерных диодов для увеличения объемов передаваемых данных, необходимо изучать новые материалы и структуры.

Для определения характеристик материалов необходимы сверхчувствительные приборы, которые позволяют измерять токи утечки уровня фемтоампер и сопротивления уровня микроом (для оценки сопротивления материалов с высокоподвижными носителями). С другой стороны, для измерения характеристик новейших изоляторов зачастую необходимо выполнять измерения в диапазоне тераом. При исследованиях сверхпроводников или наноматериалов, проводимых при температурах, близких к 0 ⁰K, необходимо уменьшить уровень прикладываемой энергии. Это позволит снизить самонагрев, который может повлиять на параметры устройств или материалов либо вовсе повредить их. Это влечет за собой необходимость использовать источники очень слабого постоянного тока или импульсов тока.