1. 铁电材料：在低于临界温度时，很多材料拥有永久的电极化，当电场大于矫顽场时，电极化可以发生反转，并出现电滞回线。自从1920发现以来，铁电相关的研究一直在不断突破，包括最近发现的负电容效应，与当前半导体工艺相兼容的Hf0.5Zr0.5O2薄膜铁电体，具有低介电损失和100GHz左右的频率调制的(SrTiO3)n−m(BaTiO3)mSrO超晶格铁电体，都激发了很多潜在的应用。

2. 量子材料：强关联材料由于强库伦排斥作用而展现不同寻常的电学和磁学性质，例如二氧化钒（VO2)的金属-绝缘体转变。其电子结构既不是自由电子模型也不是完全的离子模型，而是两者的混合。调控和使用相关的性质可以产生很多的应用，如超导磁体，智能玻璃（VO2），Mott晶体管，非易失性存储器等。

3. 离子导体：在离子导体中，电流是通过离子的运动来实现的，例如可用于燃料电池的固态电解质可以是氧离子或氢离子导体（掺钇的氧化锆或SrCoOx)。相较于纯粹的电子电流，通常离子电流转化为电子电流时，在电极界面处会伴随着电化学反应。

4. 类脑材料、器件、计算：很多材料本身的电学、磁学行为可用于模拟大脑中神经元、突触等的行为特征，这些材料可以制作成不同的器件（忆阻器、忆容器、自旋记忆体等）从而实现基于硬件的人工神经元、突触等。类脑工程的一个重要方面就是，学习大脑地功能方式，使用这些人工器件系统性地构筑人工神经网络，从而实现渴望的计算或学习能力。