Steps towards a capacitance standard based on single-electron counting at PTB
当电容器用已知数量N的电子（e是元电荷）充电并且测量电容器两端的电压U时，实现基于电容C = Ne/U的定义的电容标准。如果用约瑟夫森电压标准测量U，则C仅由量子数和基本常数决定。目前，PTB正在建立这个实验，使用一种特殊类型的单电子泵，所谓的r-泵，用于将电子一个接一个地转移到具有十进电容C = 1 pF的低温真空电容器上。我们描述的修改的单电子电路，是必要的，以实现电容器充电实验，通过使用一个四结或五结的r-泵。
2004-12-09 cond-mat.mes-hall
Statistical properties of electrochemical capacitance in disordered mesoscopic capacitors
我们数值研究了无序二维介观电容器中电化学电容的统计特性。基于紧束缚哈密顿量，采用格林函数方法研究了三种不同系综：正交系综（对称指数β=1）、酉系综（β=2）和辛系综（β=4）的无序介观电容器的平均电化学电容、电容涨落以及电容分布.发现无序系统中的电化学电容具有普遍性。在单导电通道的情况下，电化学电容在弱无序下遵循随机矩阵理论所预期的对称高斯分布。在强无序制度，分布被发现是一个尖锐的片面的形式，在大电容区域的一个几乎恒定的尾巴。这是由于在无序系统中存在项链态，其特征是多共振，产生大的态密度。此外，在单导电通道的情况下，项链态也会增强电化学电容的波动。当导电沟道的数目增加时，项链态的影响变得不那么重要。对于大量的导电通道，电化学电容波动发展的平台区中的强无序制度。平台值被确定为普遍的电化学电容波动，这是独立的系统参数，如无序强度，费米能量，几何电容，和系统的大小。重要的是，对于所有三个系综，通用电化学电容波动是相同的，这表明了超通用行为。
2017-01-06 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
High volumetric capacitance near insulator-metal percolation transition
提出了一种新型的电容器，具有很高的体积电容。它是基于金属-绝缘体复合材料的介电常数在逾渗阈值附近急剧增加的已知现象，但仍在绝缘体侧。优化结果表明，金属粒子的尺寸应是纳米级的，平面电极之间的距离应略大于渗流理论的相关长度，并比粒子尺寸大10 ~ 20倍，而电极的面积可以不受限制。发现电容器中的随机电场大于对应于电极间电势差的平均电场。该随机场可能是介电击穿的原因。新电容器的估计击穿电压表明，存储的能量密度可能显着大于电解电容器，而体积电容可能是可比的。充电和放电时间应明显小于电池甚至电解电容器的相应时间。
2011-07-08 cond-mat.mes-hall
Nondestructive method of thin film dielectric constant measurements by two-wire capacitor
本文提出了一种非破坏性的测量基片沉积薄膜介电常数的方法。导出了该系统电容的精确解析公式。电容对膜、衬底和环境介质的介电常数以及对线之间的距离的函数依赖性允许测量薄膜对于其中先前提出的近似方法效率较低的大量参数的介电常数。
2016-11-27 cond-mat.mes-hall
Modeling of Organic Metal-Insulator-Semiconductor Capacitor
在本文中，我们展示了基于未掺杂有机半导体的金属-绝缘体-半导体（MIS）电容器的工作原理。尽管半导体内的电荷浓度低，但该器件相对于施加的栅极电压$V_g$表现出电容变化，类似于传统的基于杂质半导体的MIS电容器的电容-电压$C$ - $V$特性。建立了有机MIS电容器的电荷浓度、表面电位$ψ_s$和电容的物理模型。该模型与TCAD模拟结果进行了验证，并进一步验证了从制造的有机MIS电容器组成的聚（4-乙烯基苯酚）和聚（3-己基噻吩-2，5-二基）作为绝缘体和半导体，分别与实验结果。
2018-10-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Theory of cross quantum capacitance
在控制原子级薄晶体方面取得了令人印象深刻的进展，现在能够实现门控结构，其中两个电极被原子级距离分开。这些结构的电容由在具有较大电极间隔的电容器中不相关的现象决定。为了分析这些现象，我们使用线性响应理论来开发两个耦合的电子液体的电容的系统描述，占电子的波动性质，以及内部和层间库仑相互作用的影响。我们的理论导致的电容在内部和层间电子极化率的一般表达式。层内极化率与量子电容的常规表达式直接相关，而层间极化率项则解释了由相对电容器板承载的电荷之间的相互作用引起的相关性。我们将后一项称为交叉量子电容。我们讨论的电容的一般表达式的影响，表明它导致建立的结果时，层间相关性的影响可以忽略不计，和内部和层间极化率发挥了相当的作用，电容器与非常小的电极分离。采用两种不同的方法计算了特定情况下的电容，发现层间极化率可以是正的也可以是负的，因此交叉量子电容既可以增加总电容，也可以减小总电容。我们的结论表明，交叉量子电容项可以导致总电容的非单调演化与电容器板之间的分离增加，这将代表一个明确的表现，如果实验观察到的交叉量子电容。
2021-10-15 cond-mat.mes-hall
Suspended graphene variable capacitor
利用可变电容器或变容二极管调谐电路谐振得到了广泛的应用，其中最重要的是无线电信。我们展示了一个机电石墨烯变容管，可变电容器，其中的电容是通过电压控制的悬浮石墨烯膜的密集阵列的偏转调谐。石墨烯单层的低抗弯刚度被用来在超薄结构中实现低致动电压。制造了包括数千个悬架的大型阵列，以提供超过10 pF/mm $^2$的可调电容，高于传统微机电系统（MEMS）技术所实现的电容。在10 V的驱动电压下，实现了55%的电容调谐，超过了传统的MEMS平行板电容器。电容器的行为进行了实验研究，并描述了一个简单的理论模型。使用原子力显微镜（AFM）独立地测量石墨烯膜的机械性质。增加的石墨烯导电性将使紧凑型石墨烯变容管能够应用于射频系统。
2016-04-14 cond-mat.mes-hall
The modification of the pore characteristics of activated carbon, for use in electrical double layer capacitors, through plasma processing
目的是确定等离子体处理是否可以通过形成额外的表面电荷来有助于基于活性炭电极的电化学电容器的增强的电容和能量密度。虽然通过最佳等离子体处理获得了高达35%的重量电容的增加以及约20%的电阻降低，但是增加的等离子体暴露产生了电容（/电阻）的急剧降低（/增加）。研究还发现，电容和电阻调制是样品处理以及电化学测试过程的敏感函数。考虑到模拟现实多孔基质的复杂性，已经假定了一个度量来参数化电解质进入基质的范围。
2016-07-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Capacitance characterization of Graphene/n-Si Schottky junction solar cell with MOS capacitor
本研究提出一种表征内嵌MOS电容器的石墨烯/n-Si肖特基结太阳能电池电容的方法，测得退火与未退火器件的肖特基势垒高度，明确了相关电容特性与RC时间常数变化规律。
2023-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Ferroelectric Negative Capacitance Domain Dynamics
研究了外延铁电Pb（Zr $_{0.2}$ Ti $_{0.8}$）O $_3$电容器中的瞬态负电容效应，重点研究了畴形核和生长所控制的动态开关行为.电压脉冲被施加到铁电电容器和电阻器的串联以在切换期间直接测量铁电负电容。一个时间相关的金兹伯格-朗道方法被用来调查潜在的域动力学。瞬态负电容示出起源于反向畴成核和不受限制的畴生长。然而，随着畴聚结的开始，电容再次变为正。因此，负电容状态的持续性受到畴壁运动速度的限制。通过改变所施加的电场、电容器面积或外部电阻，该畴壁速度可以在几个数量级上可预测地变化。此外，通过这些测量可以获得对铁电体的本征材料特性的详细了解。提出了一种可靠提取铁电体平均负电容的新方法。此外，一个简单的分析模型，该模型准确地描述了作为材料特性和实验边界条件的函数的负电容瞬态时间。
2017-11-19 cond-mat.mes-hall
Differential voltage amplification from ferroelectric negative capacitance
众所周知，需要外部能量源来提供电压放大。因此，诸如电阻器、电感器或电容器的常规电路元件不能完全靠自身提供放大。在这里，我们证明铁电体可以在不需要外部能源的情况下引起差分放大。当铁电体从一种极化状态切换到另一种极化状态时，发生从铁电体到电介质的能量转移，这由它们的电容之比确定，这又导致差分放大。{This放大在本质上与可以观察到振荡放大的传统的基于电感器-电容器的电路非常不同。仅从完全无源电容器元件进行差分电压放大的演示对下一代电子产品具有根本性的影响。
2017-09-29 cond-mat.mes-hall
Nanoscale Dielectric Capacitors Composed of Graphene and Boron Nitride Layers: A First Principles Study of High-Capacitance at Nanoscale
利用自洽场密度泛函理论研究了一种纳米级介电电容器模型，该模型由位于两个相称的金属石墨烯层之间的二维六方h-BN层组成.通过施加垂直于层的电场来实现不同石墨烯层中不同符号的等量电荷的分离。存储的电荷，能量，和金属层之间产生的电势差计算从第一原理的弛豫结构。预测的高电容值表现出超级电容器的特性。本纳米级模型的电容行为与经典的亥姆霍兹模型相比，揭示了关键的量子尺寸效应在小的分离，这反过来又消退的金属平面之间的分离增加。
2013-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Novel mechanisms to enhance the capacitance beyond the classical limits in capacitors with free-electron-like electrodes
所谓负电子可压缩性是指当载流子密度增加时，金属系统的化学势降低。这种效应在过去经常被用来解释二维电子气作为电极的电容器中电容超过经典极限的增强。基于强约束半导体量子阱的实验，传统上认为电子交换能是量子阱的主要驱动力。然而，最近的研究表明，类似的效果可以发生在其他类型的材料系统，如极性氧化物界面，其特性大大偏离那些以前考虑的情况。为了使这些新结果合理化，有必要重新审视已建立的受限电子气体理论，并测试其结论是否在基于量子阱的特定情况之外有效。在这里，我们发现，基于第一性原理计算的果冻板，一个确实必须非常小心，当外推现有的结果，以其他现实的物理系统。特别是，我们确定了一些额外的，以前被忽视的机制（例如，与电子云的位移和离域气体的多带结构有关），其在弱约束状态下发挥作用并成为负电容的新来源。我们对这些新兴贡献的详细分析，以及分析模型和多个测试案例的支持，将为不断寻求具有增强性能的纳米电容器提供有用的指导。
2019-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Superconductor-semiconductor hybrid capacitance with a nonlinear charge-voltage profile
本研究提出一种由纳米线与共面电容器构成的超导体-半导体混合电容器件，其因低温下纳米线有限态密度产生电荷相关的非线性有效电容，且非线性可外场调控，适用于量子计算与电路量子电动力学。
2023-06-15 cond-mat.mes-hall
Applications of electrostatic capacitance and charging
任意形状的物体的电容计算与相同的第二类积分方程的方法用于计算静态和动态极化率。电容是简单的介电常数乘以对象的面积，再除以对应于最大本征值的Neumann-Poincaré算子本征函数的平方范数。本征函数的范数随形状缓慢变化，从而能够定义两个尺度不变的形状因子和电容的微扰计算。将结果推广到一类特殊的电容器，其中电极是由物体上的平衡电荷产生的等势面。这种扩展允许共焦球形电容器和有限圆柱体的电容的解析表达式。此外，薄的恒定厚度的电容器的二阶公式给出与活细胞中的膜和超级电容器的电容的直接应用。对于轴对称几何形状，提供了一种快速而精确的数值方法。
2014-01-08 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.chem-ph
Reducing parasitic capacitance of strained Si nano p-MOSFET by control of virtual substrate doping
虚拟SiGe衬底上的双轴应变Si沟道p-MOSFET在虚拟衬底中存在寄生平行沟道。该通道参与通过器件的电流，并增加了寄生电容，从而降低了高频响应。本文介绍了一种新的方法来消除沟道，从而减少MOSFET的寄生电容。结果表明，增加虚拟衬底掺杂，可以减少并最终消除这种无意沟道。在这项工作中，2D模拟已被用来调查所提出的方法的影响。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall
Solid-state memcapacitive system with negative and diverging capacitance
我们提出了一种可能实现的固态存储器电容（memcapacitive）系统。我们的方法依赖于常规电容器的板之间的介质的缓慢极化速率。为了实现这一目标，我们考虑嵌入在电容器中的多层结构。多层结构由绝缘体分隔的金属层形成，使得可以发生层之间的非线性电子传输（隧穿）。所提出的记忆电容器显示滞后的电荷-电压和电容-电压曲线，以及在一定范围内的字段内的负和发散电容。该方案易于实验实现，表明了在忆容器件中进行信息存储的可能性。
2019-05-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The effect of electron dielectric response on the quantum capacitance of graphene in a strong magnetic field
当石墨烯被置于强磁场中时，石墨烯的量子电容可以是负的，这是电子之间位置相关性的明确实验特征。在这里，我们表明，石墨烯的量子电容也受到其介电极化率的强烈影响，这在磁场中是波矢量相关的。我们从理论和实验两方面研究了这种效应。我们开发了一个理论和数值计算程序来解释石墨烯的介电响应，并测量了氮化硼上高质量石墨烯电容器的量子电容。理论与实验结果吻合较好。
2013-07-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
A quantum interference capacitor based on double-passage Landau-Zener-Stückelberg-Majorana interferometry
量子技术在电子学中的应用自然导致了相干单电子电路的概念，其中单个电荷被相干地使用以提供增强的性能。在这项工作中，我们提出了一个相干的单电子器件，作为一个电可调电容器。该系统表现出电容与电压的正弦关系，其中电容的幅度变化，并且电压周期可以通过电气手段来调谐。该设备概念基于耦合两能级系统的双通道Landau-Zener-Stückelberg-Majorana干涉测量，该系统进一步隧道耦合到电子库。我们通过在耦合到电子库的单电子双量子点中执行Landau-Zener-Stückelberg-Majorana干涉术来实验测试该模型，并表明电容振荡的电压周期与激发频率成正比，并且振荡的幅度取决于系统的动力学参数：本征弛豫和相干时间，以及到储层的隧穿速率。我们的工作开辟了一个机会，使用双量子点的非线性电容，以获得增强的设备功能。
2019-08-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Correlation effects in the capacitance of a gated carbon nanotube
对于由半导体碳纳米管（CNT）制成的电容器，悬挂在金属栅极上方，单个电子之间的库仑相关性可以导致比几何电容大得多的电容。我们认为，当平均间距$n^{-1}$电子之间的低密度一维电子气（1DEG）在CNT是大于之间的CNT和栅极的物理分离$d$，电容的增强预计是大的。然而，最近的库仑阻塞实验[1]观察到，即使在非常低的电子密度下，电容也没有明显增加。我们表明，这种较小的电容可以理解为由源/漏电极和栅极之间的电势差产生的限制电位的结果，当电子数减少时，该限制电位压缩1DEG。我们建议，通过剖析与多个分裂栅极的帮助下的电位，可以返回到一个均匀的1DEG的情况下，具有巨大的电容。
2015-03-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Nonlinear Graphene Quantum Capacitors for Electro-optics
由于其独特的能量色散，石墨烯的量子电容特性可以在二维层状电容器配置中被利用。采用石墨烯和氮化硼分别作为电极和绝缘介质，在零偏压和小电压下获得了强非线性行为。当温度足够低时，由量子电容产生的强非线性相互作用表现出各种各样的现象。所提出的结构可以接管许多低温量子系统中的非线性元件的功能，特别是量子电光。结果表明，在温度约为1K，电容面积为$1μ{\textrm{m}}^2$量级时，用少量的泵浦光子很容易达到超强耦合。定义了非谐性的度量，并讨论了作为潜在应用的量子比特设计以及用于非互易设备（如电磁频率环行器）的方案。
2017-03-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Electron counting capacitance standard and quantum metrology triangle experiments at PTB
本文总结了自2012年发表初步结果以来，德国联邦物理技术研究院（PTB）电子计数电容标准实验的最终结果。所有系统的不确定性的贡献进行了实验量化和讨论。使用基于变压器的高精度电容电桥对1 pF低温电容器进行频率相关测量，相对不确定度为0.03 microF/F。结果揭示了一个与电容器有关的关键问题，这阻碍了实现量子精密测量三角形的准确度，其总不确定度优于百万分之几，最终导致PTB的实验中断。本文总结了最新CODATA基本常数调整对未来量子精密测量三角形实验的启示，并结合小电流计量学的发展，对未来量子精密测量三角形实验进行了展望。
2017-04-04 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Bistable non-volatile elastic membrane memcapacitor exhibiting chaotic behavior
我们提出了一种非易失性存储器电容器（memcapacitor）的实现。其设计利用应变弹性膜作为平行板电容器的板。所施加的应力产生系统的低和高电容配置。我们证明，一个适当的幅度的电压脉冲可以用来可靠地切换到所需的电容状态的记忆电容器。此外，这种系统的充电电压和电容电压曲线表现出滞后和过渡到混沌政权在一定范围内的交流电压的幅度和频率。膜忆电容器与电压源相连，构成一个单元件非自治混沌电路。
2011-03-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.comp-ph
Characterization of an entangled system of two superconducting qubits using a multiplexed capacitance readout
我们描述了一对库珀对盒耦合固定电容使用光谱和测量的基态量子电容。我们使用提取的参数来估计两个量子比特之间的纠缠度或纠缠度。我们还提出了一个多路复用的量子电容测量技术，这是在原则上可扩展到一个大的超导量子位阵列的彻底演示。
2008-12-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
First-Principles Nanocapacitor Simulations of the Optical Dielectric Constant in Water Ice
Stony Brook University（石溪大学）；Universidade Estadual Paulista (UNESP)（圣保罗州立大学）；CIC Nanogune（纳米能源中心）；DIPC（凝聚态物理理论中心）；Ikerbasque（伊克尔巴斯科克）
本文通过第一性原理模拟，揭示了纳米电容器中水冰的介电响应特性，证明了电荷限制不影响其固有电子行为。
2025-10-24 cond-mat.mes-hall
Capacitance-Voltage (C-V) Characterization of Graphene-Silicon Heterojunction Photodiodes
二维（2D）和三维（3D）材料的异质结构形成用于利用两类材料的性质的有效装置。石墨烯/硅（G/Si）肖特基二极管的光电特性已被广泛研究。在这里，我们介绍了一种方法来分析测量的电容-电压数据的G/Si肖特基二极管并联G/二氧化硅/Si（GIS）电容器。我们还证明了准确提取的内置电位（$Φ$ $_{bi}$）和肖特基势垒高度的测量数据独立的理查森常数。
2020-02-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Density of states and zero Landau level probed through capacitance of graphene
我们报告的电容器中，一个有限的电子压缩性的石墨烯占主导地位的静电，导致电容的显着变化作为磁场和载流子浓度的函数。电容测量使我们能够准确地映射态密度D，并将其与理论预测进行比较。D中的朗道振荡是鲁棒的，并且在室温下在中等场中可以容易地看到零朗道能级（LL）。LL的加宽受到电荷不均匀性的强烈影响，这导致零LL比其他水平更宽。
2010-05-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Pseudo-spin canting transition in bilayer quantum Hall ferromagnets: a self-charging capacitor
在足够强的面内磁场下，$ν_T=1$双层量子霍尔赝铁磁体将呈现孤子晶格。对于足够接近的层和大的面内场，我们预测这个无公度的“平面”相$P_I$经历一个折返的伪自旋倾斜过渡到一个无公度的状态$C_I$，具有有限的面外伪磁化分量，对应于孤子之间的区域中的层间电荷不平衡。在$T>0$，跃迁是在二维可压缩伊辛普适类，在T=0，量子跃迁是在迄今为止未探索的普适类。引人注目的实验签名是普遍的非线性电荷-电压和面内场关系，以及在过渡处的差分双层电容的发散，导致即使在没有施加层间电压的情况下，双层电容器也会自发地给自己充电。
2001-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Magnon spin capacitor
本文提出在两个交换耦合铁磁体之间的结处可实现磁振子自旋电容器，其自旋积累与化学势差耦合，结构等效于与自旋电阻串联的电容器，数值计算表明其电容在皮法拉到微法拉之间，具有实际应用价值。
2024-05-06 cond-mat.mes-hall
Effects of Majorana bound states on dissipation and charging in a quantum resistor-capacitor circuit
研究了Majorana束缚态对量子阻容电路交流响应的影响，该电路由两端隧道耦合到导线和无自旋量子点的拓扑超导导线组成.发现在导线两端形成的马约拉纳状态完全抑制或大大增强耗散，这取决于两个马约拉纳模式和/或点水平之间的重叠的强度。我们比较的弛豫电阻和量子电容的系统与那些非马约拉纳同行发现，马约拉纳状态的交流响应的影响是真实的，不能复制在普通的费米子系统。
2020-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electron Counting Capacitance Standard with an improved five-junction R-pump
PTB目前追求的电子计数电容标准旨在以10^7的几个部分的最终精度关闭量子计量三角形。本文报道了新一代单电子隧穿器件最近取得的重大进展。一个五结的R-泵的相对电荷转移误差为5个电子/10^7，并成功地对低温电容器进行了单电子充电。单电子电荷量子的初步结果的不确定度小于2/10 ^6，与元电荷的值一致。
2011-07-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Interaction phenomena in graphene seen through quantum capacitance
电容测量提供了探测态密度的有力手段。该技术在研究2D电子系统方面特别成功，揭示了许多有趣的多体效应。在这里，我们使用大面积高质量石墨烯电容器来研究这种材料在零和高磁场下的态密度行为。在零场条件下，由于电子-电子相互作用而引起的线性谱出现了明显的重整化。量子化场导致自旋和谷简并朗道能级分裂为相互作用增强的能隙所分开的四重态。这些多体状态表现出负的可压缩性，但可压缩性返回到积极的在CNOB。重入行为归因于场增强相互作用和新生分数态之间的竞争。
2013-02-16 cond-mat.mes-hall
