Materialwissenschaft

Die Konsumenten von heute verlangen immer kleinere, leichtere, günstigere und leistungsfähigere elektronische Geräte als je zuvor - und das bei immer längeren Betriebszeiten. Um diese widersprüchlichen Anforderungen zu erfüllen, müssen Forscher neue Materialien entwickeln, bestehende Geräte verkleinern und die Geräteeffizienz steigern. Durch die Bemühungen, Geräte zu verdichten und deren Leistung bei gleichzeitig verringertem Energieverbrauch zu steigern, ist die Forschung sowohl auf Graphene und andere zweidimensionale (2D) Feststoffe gestoßen, die eine höhere Ladungsträgermobilität aufweisen als auch auf organische Halbleiter und Geräte im Nanobereich.

Hocheffiziente Batterien, die auf neuen Elektrolyt- und Elektrodenmaterialien basieren, werden entscheidend dabei sein, die Betriebszeiten zu verlängern. Die fortgeschrittene Brennstoffzellentechnik, die darauf ausgelegt ist, die nächste Generation elektrischer Fahrzeuge effizienter und kostengünstiger zu machen, wird ebenfalls untersucht. Der Wunsch nach grünerer Energiegewinnung spornt die Erforschung von Hochtemperatursupraleitern sowie von Leistungshalbleitern an, welche für die Energieumwandlung unerlässlich sind. Materialien wie Galliumarsenid (GaAs) und Siliziumkarbid (SiC) werden bei zukünftigen Energieübtragungstechnologien eine zentrale Rolle spielen. Die Materialforschung ist auch für die Steigerung der Wandlungseffizienz und der Leistung von Solarzellen von enormer Bedeutung. Die Erhöhung der Effizienz von Laserdioden zur Steigerung der Datenübertragungskapazität erfordert die Erforschung von neuen Materialien und Strukturen.

Hochsensible Messungen spielen bei der Materialcharakterisierung eine zentrale Rolle, von der Messung von Ableitströmen auf Femtoampere-Niveau bis hin zu Widerstandsmessungen im Mikroohm-Bereich zur Bewertung des Widerstands von Ladungsträgermobilitätsmaterialien. Am anderen Ende des Spektrums verlangt die Charakterisierung der neuesten Isolatoren oft nach Messungen im Teraohm-Bereich. Superleiter- oder Nanomaterialforschung, die bei Temperaturen um 0⁰K stattfindet, erfordert, dass das Energieniveau zur Vermeidung von Selbsterhitzung verringert wird, da dies die Reaktion des Geräts oder des Materials beeinflussen oder es beschädigen kann. Dadurch wird ein Bezug von sehr niedrigem Gleichstrom oder Stromimpulsen notwendig.