Исследуя в 1927–1928 годах высоковольтную поляризацию, а в 1927–1933 годах униполярную проводимость диэлектриков, Курчатов выполняет новаторские работы по физике и технике варисторов — «саморегулирующихся сопротивлений», в 1929–1933 годах экспериментально изучает коронный разряд и сегнетоэлектрики. В те годы полупроводники становятся одним из основных объектов его исследований. Их необыкновенные свойства сулили громадные технические приложения как в электро- и радиотехнике, так и в области прямого преобразования тепловой и солнечной энергии в электрическую, а значит, в повседневной практической жизни и в решении оборонных задач. В стране на базе индустриализации шла техническая модернизация Красной армии, росло число электростанций, увеличивалась протяженность высоковольтных линий электропередачи. Для нормального функционирования последних остро необходимы были средства защиты от импульсных перегрузок. Решая проблему защиты высоковольтных линий, Курчатов, его ученики и сотрудники (Н. А. Ковалев, Т. З. Костина, Л. И. Русинов, А. З. Шакиров) разработали первые отечественные твердотельные специальные разрядники с саморегулирующимся сопротивлением. Такие разрядники изготовляли тогда лишь в Германии и США. Курчатов поставил задачу создать разрядники, не уступающие зарубежным, и успешно ее решил[105]. Он выявил требования, которым должен соответствовать материал, используемый в разрядниках, и в результате установил, что основным материалом для изготовления является карборунд — карбид кремния[106]. На нем Курчатов и его сотрудники провели комплекс необходимых исследований и доказали практическую пригодность твердотельного разрядника, изготовленного на карборундовой основе, его способность отводить от линий передач токи перегрузок и сразу после этого переходить в режим «ожидания», не связанный с токами утечки. Опыты показали, что долговечность (продолжительность работы) разрядников в естественных условиях составит более пяти лет[107].

Таким образом, Курчатов по праву может быть назван основоположником отечественных исследований по физике полупроводниковых резисторов, не только изучившим их физические характеристики, но и заложившим основы технологии этих приборов, выпускаемых промышленностью и ныне.

К началу 1930-х годов 27-летний ученый становится признанным авторитетом в этой области прикладных исследований. В сентябре 1931 года его, как лучшего знатока проблемы, избирают председателем оргкомитета Первой Всесоюзной конференции по физике полупроводников в Ленинграде. Курчатов сделал там три доклада. В обзорном докладе по твердым выпрямителям он изложил результаты своих, совместных с Кобеко и Синельниковым, работ. Во втором докладе им были рассмотрены проблемы твердых фотоэлементов, а в третьем — саморегулирующихся сопротивлений. Теоретические результаты экспериментов были изложены в двух обширных журнальных публикациях 1933 и 1935 годов[108]. Глубокое понимание проблем, часть которых только-только входила в физику тех лет, свидетельствует и о высокой теоретической подготовленности Курчатова, его умении увязать теорию с экспериментом, с требованиями и запросами практики. Особой заслугой Курчатова-исследователя являлось одновременное решение «приборной» проблемы эксперимента. В первой половине 1930-х годов в лабораториях отсутствовали ставшие позднее привычными приборы и оборудование. Курчатову и всем, с кем он работал, многое приходилось делать своими руками: рассчитывать, конструировать, опробовать. Возникавшие сложные технические и организационные вопросы Курчатов-инженер разрешал, вникая в каждую деталь аппаратуры, разрабатываемой и подготовлявшейся им лично для экспериментов. А. Ф. Иоффе высоко оценивал эти работы. В 1961 году он писал: «В исследованиях Курчатова, Кобеко, Синельникова по механизму электрического пробоя твердых диэлектриков имеется большой материал, не потерявший своей ценности и до настоящего времени»[109].

Опыт работы Курчатова с высоковольтными установками вскоре оказался необычайно полезным на другом этапе его исследований в довоенные годы. В конце 1929 года он, занимаясь изучением электрических свойств диэлектриков и поисками материалов для конденсаторов, обратил внимание на поведение сегнетовой соли в определенном интервале температур. Вместе с сотрудником лаборатории Павлом Павловичем Кобеко, ставшим его другом, Игорь Васильевич приступил к изучению явления аномально высокой диэлектрической проницаемости сегнетовой соли. В этой работе участвовал и брат Курчатова Борис, поступивший на работу в ЛФТИ после окончания химического факультета Казанского государственного университета. К проведению исследований их побудил повышенный в то время интерес к данным вопросам, обнаруженный в зарубежных исследованиях прикладного характера периода Первой мировой войны П. Ланжевена, К. К. Шидловского, Э. Резерфорда и др.[110]

Сегнетоэлектрические свойства сегнетовой соли в 1920–1924 годах открыл американский физик Дж. Валашек. Первые систематические исследования физических свойств этого вещества были выполнены в ЛФТИ под руководством Курчатова. В первой работе по сегнетоэлектрикам, опубликованной в марте 1930 года[111], Курчатов и Кобеко отмечали, что на аномальные свойства сегнетовой соли им указал ученый-акустик Н. Н. Андреев, разрабатывавший вопросы пьезоэлектричества. Вскоре Курчатов выявляет новую природу явления: сегнетова соль есть электрический аналог ферромагнетиков, первой в новой группе диэлектриков, названных им сегнетоэлектриками. Курчатов с сотрудниками исследовали физические свойства кристаллов сегнетовой соли, выяснили вторичное происхождение явления ее поляризуемости, изучили изоморфные смеси сегнетовой и аммонийно-натриевой соли винной кислоты. Выявленное разнообразие свойств этих кристаллов в зависимости от концентрации компонентов явилось убедительным доказательством открытия И. В. Курчатовым, Б. В. Курчатовым и П. П. Кобеко новой группы диэлектриков.