Measuring the local quantum capacitance of graphene using a strongly coupled graphene nanoribbon
我们提出了一个范德瓦尔斯异质结构的电输运测量组成的石墨烯纳米晶分离的薄氮化硼层从微米级的石墨烯片。两层之间的相互作用进行了讨论，在筛选，或者，量子电容。可以通过施加栅极电压将带调谐到传输间隙中。多个网站的本地化电荷导致库仑阻塞的观察与以前的实验一致。由于带和石墨烯顶层片之间的强电容耦合，栅极电压中的库仑阻塞峰的演变可以用于获得局域态密度，从而获得石墨烯顶层的量子电容。空间变化的密度和掺杂被发现这是由于制造缺陷的电介质的空间变化。
2015-05-28 cond-mat.mes-hall
Explicit drain current, charge and capacitance model of graphene field-effect transistors
我提出了一个紧凑的物理为基础的模型的漏极电流，电荷和电容的石墨烯场效应晶体管，相关的直流，交流和石墨烯为基础的电路的瞬态行为的探索。物理框架是一个场效应模型和漂移扩散载流子输运结合饱和速度的影响。首先，一个明确的模型已经推导出的漏极电流。在此基础上，基于Ward-Dutton分区方法，给出了电荷和电容的显式封闭表达式，连续覆盖了所有的工作区域。该模型是特别感兴趣的模拟和射频应用中，石墨烯的带隙工程可能是不需要的。
2011-05-13 cond-mat.mes-hall
Influence of Interface Traps and Electron-Hole Puddles on Quantum Capacitance and Conductivity in Graphene Field-Effect Transistors
我们从理论上研究了近界面绝缘陷阱和电子空穴坑对栅控石墨烯结构的小信号电容和电导特性的影响。基于自洽静电考虑，考虑界面陷阱电容，得到了载流子密度和量子电容随栅电压变化的解析表达式。这允许从栅极电容测量中提取界面陷阱电容和界面态密度。它表明，界面陷阱电容的自洽帐户，能够调和的差异，在通用量子电容与费米能量提取不同的样品。研究了电子空穴池和界面陷阱对传输I-V特性和电导率的影响。结果表明，不同样品的电阻率峰宽的变化可以用不同的界面陷阱电容值来解释。
2011-06-28 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance and compressibility of graphene: The role of Coulomb interactions
在一阶近似、Hartree-Fock近似和随机相位近似下，分析了库仑相互作用对石墨烯中无质量Dirac电子的量子电容、压缩性、重整化费米速度、动能和相互作用能的影响.对量子电容和重整化费米速度的实验数据进行了分析，并与理论进行了比较。由实验数据得到了裸费米速度和有效介电常数。库仑相互作用和高斯涨落的无序势的组合效应被认为是。
2015-02-22 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance and Landau parameters of massless Dirac fermions in graphene
我们提出了广泛的数值计算结果的热力学状态密度（即量子电容）的二维无质量狄拉克费米子流体在掺杂的石墨烯片。特别是，通过采用无规相位近似，我们量化的金属栅极附近的石墨烯片施加屏蔽的影响。最后，我们计算的自旋和圆对称朗道参数，这可以从实验上提取的量子电容和准粒子速度的相同设置上的独立测量。
2014-07-27 cond-mat.mes-hall
Gate Electrostatics and Quantum Capacitance of Graphene Nanoribbons
电容-电压（C-V）特性对于理解纳米材料的基本电子结构和器件应用非常重要。采用自洽原子模拟方法研究了石墨烯纳米带的C-V特性。结果表明，GNR的C-V特性的强烈依赖于边缘形状。对于锯齿形边缘GNR，由于边缘状态，在横向方向上高度不均匀的电荷分布显著降低了栅极电容，并且自洽的静电势显著改变了能带结构和载流子速度。对于扶手椅边缘GNR，量子电容比其对应的锯齿形碳纳米管小2倍，并且多栅极几何形状对于晶体管应用而言不太有利。磁场导致C-V特性的显著振荡。
2007-05-22 cond-mat.mes-hall
Small-Signal Capacitance and Current Parameter Modeling in Large-Scale High-Frequency Graphene Field-Effect Transistors
建立了射频石墨烯场效应管小信号电流和电容特性的解析模型。该模型是基于在漂移扩散电流连续性方程解的框架中获得的石墨烯通道中的化学势的显式分布（包括在高源极-漏极偏压下的双极电导率）。考虑到漏极电流饱和的两种模式，包括漂移速度饱和或静电夹断，小信号漏电流和输出电导特性建模。得到了高频GFET的复电流增益和截止频率的解析表达式。该模型可以描述寄生电阻，电容，界面陷阱对非本征电流增益和截止频率的影响。
2011-12-16 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance oscillations in graphene under crossed magnetic and electric fields
低温下金属体系的量子振荡是从实验上获得其电子性质的重要规律之一，如能谱、散射机制、费米面几何形状等。这些知识的重要性是巨大的，因为从这些一个彻底的了解反常霍尔效应，热功率和能斯特系数，仅举几例，是可能的;从这些知识，大量的应用程序出现的新兴技术。在这个方向上，目前的贡献集中在一个完整的描述单层和双层石墨烯在交叉电场和磁场下的量子电容振荡。我们发现了量子电容的封闭理论表达式，并强调了它们的振幅，周期和相位-重要参数，以访问石墨烯的电子特性。这些结果为进一步的实验研究打开了大门。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall
Large-Signal Model of Graphene Field-Effect Transistors -- Part I: Compact Modeling of GFET Intrinsic Capacitances
我们提出了一个电路兼容的紧凑模型的石墨烯场效应晶体管（GFET）的本征电容。结合紧凑的漏极电流模型，开发了GFET的大信号模型，将这两种模型结合起来，作为模拟石墨烯基集成电路的电气行为的工具，处理电路的DC、瞬态行为和频率响应。漏极电流模型是基于漂移扩散机制的载流子输运加上一个适当的场效应的方法。本征电容模型包括一个16电容矩阵，包括自电容和跨电容的四端GFET。为了保证电荷守恒，使用了Ward-Dutton线性电荷分配方案。大信号模型已在Verilog-A中实现，与传统的电路仿真器兼容，并作为完整GFET器件模型的起点，可以包含额外的非理想性。
2016-05-26 cond-mat.mes-hall
Energetics of complex phase diagram in a tunable bilayer graphene probed by quantum capacitance
双层石墨烯为探索量子霍尔效应中丰富的物理提供了一个独特的平台。自旋、谷和轨道简并度的不寻常组合导致了有趣的对称性破缺态与电场和磁场。传统的输运测量，如电阻测量已被执行，以探测双层石墨烯中的不同有序态。然而，还没有做太多的工作来直接映射双层石墨烯中这些状态的能量学。在这里，我们进行了磁电容测量与电场和磁场在六方氮化硼封装的双栅极双层石墨烯器件。在零磁场下，利用量子电容技术测量了电荷中性点周围的间隙随垂直电场的变化，所得间隙值与理论值吻合较好。在有垂直磁场存在的情况下，我们在有电场的磁电容测量中观察到朗道能级交叉。电场和磁场作用下最低朗道能级的能隙关闭和重新打开表明了从一种有序态到另一种有序态的转变。在较高的电场（$\bar D > 0.5$ V/nm）下，我们观察到了带边附近朗道能级的崩塌，这是理论上预测的。在我们的实验中，具有电场和磁场的双层石墨烯的朗道能级的完整能量学为解开系统的基态的性质铺平了道路。
2018-10-25 cond-mat.mes-hall
Quantum capacitance of the monolayer graphene
本文推导了单层石墨烯在任意载流子密度、磁场和温度下的量子电容，分析了其密度依赖关系，并与实验数据进行了对比验证。
2013-09-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
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 Phenomenological Model for the Quantum Capacitance of Monolayer and Bilayer Graphene Devices
石墨烯纳米结构表现出与三端器件中的栅极延迟相关的固有优势，并且当在量子电容极限下操作时提供额外的益处。在本文中，我们开发了一个简单的模型，捕捉费米能量和温度依赖性的量子电容的单层和双层石墨烯器件。考虑到电子-空穴水坑和通过高斯加宽分布的电子态的可能有限寿命，从加宽的态密度计算量子电容。所获得的结果与最近在门控单层和双层石墨烯器件上的量子电容测量中观察到的许多特征一致。研究了电荷中性点附近的最小量子电容随温度的变化关系。
2011-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The role of charge traps in inducing hysteresis: capacitance - voltage measurements on top gated bilayer graphene
理解来自顶栅石墨烯晶体管的沟道电阻中的滞后的起源对于晶体管应用是重要的。跨顶部栅控双层石墨烯上的栅极氧化物的电容-电压测量显示具有约100 μs的充电和放电时间常数的滞后。然而，石墨烯沟道两端的测量电容没有显示出任何滞后，但是由于出现了阶而显示出在高沟道电压下的突然跳跃，这表明栅极和源极之间的滞后的起源是由于栅极氧化物和石墨烯界面中存在的电荷陷阱。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Mobility Extraction and Quantum Capacitance Impact in High Performance Graphene Field-effect Transistor Devices
讨论了石墨烯器件的场效应迁移率。我们认为，石墨烯弹道平均自由程只能通过同时考虑电特性和沟道长度依赖的迁移率来提取。在这样做时，我们发现在室温下的弹道平均自由程为300 nm的载流子浓度为~ 1 e12/cm 2，并且必须考虑到大约300 ohmum的实质性串联电阻。此外，我们展示了单层石墨烯器件上的第一量子电容测量。
2008-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum capacitance of double-layer graphene
在无规相位近似下研究了库仑层间电子-电子相互作用下双层石墨烯系统的基态性质。我们首先得到一个两层系统的量子电容的表达式。此外，我们还计算了混合双层石墨烯系统在零温下的多体交换相关能和量子电容。我们发现，由于狄拉克点附近的两层之间的层间相互作用增加的多数密度层的热力学态密度的增强。中性点附近的量子电容表现为总密度的平方根$α\sqrt{n}$，其中系数$α$通过增加两层之间的电荷密度不平衡而减小。此外，我们还发现量子电容随栅极电压线性变化。我们的结果可以通过目前的实验验证。
2017-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Capacitance of graphene nanoribbons
我们提出了一个分析理论的栅极静电和经典和量子电容的石墨烯纳米带（GNRs），并比较它与精确的自洽的数值计算的基础上紧束缚p轨道哈密顿在Hartree近似。我们表明，分析理论是在一个很好的定性（在某些方面定量）与精确计算的协议。然而，存在一些重要的差异。为了了解这些差异的起源，我们调查的自洽的电子结构和电荷密度分布的纳米带和上述差异的简单的静电模型无法捕捉经典的栅极静电的GNRs。反过来，经典静电学的失败被追溯到量子力学效应，导致与非相互作用电子描述相比，自洽电荷分布的显着修改。讨论了电子-电子相互作用对GNRs电子结构和电容的影响。精确的数值计算表明，GNRs中的密度分布和电势分布与传统的分裂栅量子线中的密度分布和电势分布有着本质的不同;同时，GNRs中的电子分布和电势分布与劈裂边过生长量子线中的电子分布和电势分布有着本质的相似。最后，我们讨论了从实验数据中提取量子电容的实验。
2009-07-06 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
Interface traps in graphene field effect devices: extraction methods and influence on characteristics
研究了近界面氧化物陷阱对石墨烯栅结构C-V和I-V特性的影响。描述和讨论了从电容-电压测量中提取石墨烯场效应器件中界面陷阱能级密度的方法。已经发现，电子-电子或空穴-空穴相互作用和电子-空穴水坑的影响可以在C-V特性中混合，从而在石墨烯中的界面陷阱密度的唯一确定的提取的方式中设置障碍。描述了界面陷阱对石墨烯场效应结构的直流和交流电容和电导特性的影响。结果表明，不同样品的电阻率峰宽的变化可以用不同的界面陷阱电容值来解释。
2014-05-22 cond-mat.mes-hall
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
A model of large volumetric capacitance in graphene supercapacitors based on ion clustering
双电层超级电容器是基于离子可逆吸收到多孔导电电极中的用于高功率能量存储的有前途的装置。石墨烯由于其高导电性和大表面积而成为超级电容器中电极材料的特别好的候选者。在本文中，我们考虑由一堆石墨烯片与随机插入的“间隔”分子制成的超级电容器电极。我们发现，实验中观察到的大于100 F/cm ^3的大体积电容可以理解为离子集体嵌入石墨烯堆以及石墨烯电子的非线性屏蔽的结果，石墨烯电子使离子团簇的电荷重正化。
2011-09-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
On-chip superconducting GHz RF reflectometry of the capacitance response in bilayer graphene
DGIST Research Institute, DGIST（大邱冈科学技术院研究院）；Department of Physics and Chemistry, DGIST（大邱冈科学技术院物理化学系）；Quantum Technology Institute, Korea Research Institute of Standards and Science（韩国标准科学研究院量子技术研究所）；Industrial AX Innovation Research Institute and Sensor Technology Support Center, DGIST（大邱冈科学技术院工业AX创新研究所和传感器技术支持中心）；Research Center for Materials Nanoarchitectonics, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构材料纳米结构研究中心）；Research Center for Electronic and Optical Materials, National Institute for Materials Science（物质材料研究机构电子光学材料研究中心）；Department of Physics, Kyungpook National University（庆北大学物理系）；Department of Interdisciplinary Engineering, DGIST（大邱冈科学技术院交叉工程系）
利用片上超导LC谐振器在4.25 GHz进行射频反射测量，同时获取双层石墨烯的电阻和电容响应，揭示位移场诱导的带隙和电子-空穴不对称性。
2026-06-15 cond-mat.mes-hall
Gate electrostatics and quantum capacitance in ballistic graphene devices
我们实验研究了具有不同边缘无序度的门控、窄、弹道石墨烯器件的电荷感应机制。通过使用磁导测量作为探测技术，我们证明了具有大边缘无序的器件在整个器件通道中表现出几乎均匀的电容分布，接近于无限大石墨烯片的情况。相比之下，具有较低边缘无序（< 1 nm粗糙度）的器件受到石墨烯边界处的边缘静电场的强烈影响，与原始系统的理论计算定量一致。具体而言，具有低边缘无序的器件呈现出跨器件通道的大的有效电容变化，其具有非平凡的、不均匀的轮廓，这不仅是由于经典静电，而且还由于量子力学效应。我们表明，这种量子电容的贡献，发生由于在外部磁场的存在下，在整个设备的低密度的状态（DOS），是相当大的改变，作为在弹道石墨烯设备的栅极静电的结果。我们的结论可以推广到任何二维（2D）电子系统所限制的硬壁势和重要的理解导电2D材料的电子结构和器件应用。
2019-05-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Estimation of residual carrier density near the Dirac point in graphene through quantum capacitance measurement
我们讨论了通过量子电容（CQ）和电导率测量估计的石墨烯中狄拉克点（DP）附近的剩余载流子密度（n*）。DP处的CQ具有有限值并且与温度无关。在DP处的电导率也观察到类似的行为，因为它们的来源是由带电杂质外部诱导的残余载流子。然而，从CQ提取的n* 通常小于从电导率提取的n *，这表明在熔池区域中的迁移率低于在线性区域中的迁移率。定量估计n* 应采用CQ测量。
2013-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum capacitance in monolayers of silicene and related buckled materials
硅烯及其相关的屈曲材料由于强的自旋轨道耦合和屈曲结构而不同于传统的二维电子气和著名的石墨烯。这些材料有可能克服石墨烯遇到的限制，特别是零带隙和弱自旋轨道耦合。我们提出了一个量子电容的理论实现，它具有传统的运输测量的散射问题的优势。我们推导并讨论了量子电容作为费米能量和温度的函数，考虑到电子空穴通过高斯加宽分布的水坑。我们的预测结果是非常令人兴奋的，为未来的自旋电子和谷电子器件铺平了道路。
2015-10-22 cond-mat.mes-hall
Large Landau level splitting with tunable one-dimensional graphene superlattice probed by magneto capacitance measurements
石墨烯独特的零能量朗道能级在体中具有粒子-空穴对称性，其在边界处被提升，导致分裂成两个手性边缘模式。长期以来，理论预言{ \it体}内零能朗道能级的分裂可以导致许多有趣的物理现象，如量子自旋霍尔效应、手征边缘模的Dirac类奇点等。然而，到目前为止，即使在hBN基底上获得的具有高磁场的分裂也不适合实验检测和功能。在理论计算的指导下，在这里，我们产生了一个大的间隙零能量朗道能级分裂（$\sim$ 150 meV）与使用的一维（1D）超晶格势。我们使用周期为$\sim$ 100 nm的金属栅极阵列在hBN封装的石墨烯器件中创建了可调谐的1D超晶格。朗道能级谱是通过测量磁电容谱可视化。我们监测分裂的第零朗道能级作为超晶格势的函数。观察到的分裂能量是一个更高的数量级相比，以前的研究分裂由于原始石墨烯的对称性破缺。用简并微扰理论解释了一维势中这种大的朗道能级分裂的起因。我们发现，由于周期势的存在，朗道能级变得色散，并在可调谐的带边获得尖锐的峰值。我们的研究将为在不久的将来从适当设计的周期性图案中创建可调谐的1D周期性结构以用于多功能化和器件应用（如石墨烯电子电路）铺平道路。
2018-01-20 cond-mat.mes-hall
Electrostatics of Graphene: Charge Distribution and Capacitance
采用原子电荷-偶极相互作用本构模型和拉普拉斯方程的近似解析解，研究了石墨烯中净电荷的分布。我们证明了一个强大的尺寸依赖性的电荷分布在有限尺寸，无限长和多层矩形石墨烯片，分别。我们发现，在石墨烯的几何边缘，电荷密度可以自然地增强高达13倍。当石墨烯的长度或宽度增加时，这种边缘电荷增强效应变得更加显著。发现电荷增强比与层数成线性关系。这些结果可以用来理解新的实验观察到的二维纳米结构中的电子发射，电荷杂质和化学掺杂现象。
2009-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Hall transport as a probe of capacitance profile at graphene edges
量子霍尔效应是二维电子气中量子输运的显著表现。鉴于其技术相关性，重要的是要了解其在现实的纳米器件的发展。在这项工作中，我们提出了如何在一个场效应器件中的不同的边缘通道的外观是由样品边缘附近存在的不均匀的电容分布，石墨烯的特别相关的条件的影响。我们将这种实用的想法应用于高质量石墨烯的实验，证明量子霍尔传输作为二维电子气边缘附近密度分布的空间分辨探针的潜力。
2012-11-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Raman Spectroscopy of Electrochemically-Gated Graphene Transistors: Geometrical Capacitance, Electron-Phonon, Electron-Electron, and Electron-Defect Scattering
我们报告了一个全面的电化学门控石墨烯场效应晶体管的显微拉曼散射研究。电化学顶栅的几何电容从双门控拉曼测量准确地确定，允许石墨烯的主要拉曼特征的频率、线宽和积分强度的定量分析。观察到的G模声子的反常行为与理论预测非常一致，并提供了一个测量的电子-声子耦合常数的带中心（$Γ$点）光学声子。此外，随着掺杂的增加，2D模特征的积分强度降低，使得确定近区边缘（K和K'点）光学声子的电子-声子耦合常数成为可能。我们发现在$Γ$处的电子-声子耦合强度比在K（K '）处弱五倍，与共振谷内（2D'）和谷间（2D）拉曼特征的积分强度的比率的直接测量非常一致。我们还表明，电化学反应，发生在大的栅极偏置，可以利用有效地创建石墨烯中的缺陷，浓度高达约$1.4\times 10^{12}~\rm cm^{-2}$。在这样的缺陷浓度，我们估计，电子缺陷散射率仍然远小于电子声子散射率。掺杂后的G-和2D-模式的功能的演变仍然不受缺陷的存在和D模式的掺杂依赖性密切遵循其双声子（2D模式）泛音。最后，G-模式声子的线宽和频率以及掺杂石墨烯中的G-和2D-模式声子的频率遵循可用于精确估计载流子密度的样品无关相关性。
2015-04-16 cond-mat.mes-hall
Formation of p-n junction in polymer electrolyte-top gated bilayer graphene transistor
通过改变沟道的纵向偏压和顶栅电压，我们在双层石墨烯沟道中同时显示了p型和n型载流子注入。使用固体聚合物电解质以电化学方式施加顶栅，并且栅电容被测量为1.5 $μF/cm^2$，该值比常规SiO $_2$背栅电容高约125倍。与单层石墨烯不同，漏极-源极电流在改变漏极-源极偏置电压时不饱和。估计了使用顶栅和背栅几何结构在价带和导带之间打开的能隙。
2009-09-05 cond-mat.mes-hall
The emergence of quantum capacitance in epitaxial graphene
我们发现，外延石墨烯，它具有内在的n型掺杂，和未掺杂的衬底之间产生的电荷的内在的重新分布。特别地，我们详细研究了在C-封端的$4H$（$SiC$（$000{\bar{1}}$））上热加工的外延石墨烯层。我们已经研究了使用拉曼光谱在石墨烯衬底系统中的电荷分布。研究了衬底等离子体激元对$SiC$衬底纵向光学声子的影响。相关的电荷再分布揭示了石墨烯和衬底之间电容的形成。因此，我们第一次给出了直接的证据，即在外延单层石墨烯中的过量负电荷可以通过没有初始掺杂的$SiC$衬底进行自补偿。这引起了先前看不见的电荷载流子密度在衬底-石墨烯界面处的重新分布。在那里，量子电容器出现了，而没有诉诸于任何有意的外部掺杂，这是外延石墨烯的基本要求。虽然我们已经确定了电容器内部存在的电场，并揭示了在$4H$ - $SiC$面封端的碳上的外延石墨烯的小间隙（$\approx 4.3meV$）的存在，但与在面封端的$Si$上的石墨烯所获得的小间隙相比，它仍然很小。在$SiC$衬底上的石墨烯中发现的基本电子性质对于开发下一代量子技术和电子/等离子体器件可能是重要的。
2016-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of carrier density in multigated doped graphene sheets with quantum correction
量子电容模型被应用于获得一个精确的解决方案，在一个多门控掺杂石墨烯片在零温度下的空间分辨载流子密度，考虑到从石墨烯本身的有限电子容量所产生的量子校正。精确的解决方案被证明是等价的自洽泊松-狄拉克迭代法示出一个说明性的例子，其中多个栅极与不规则的形状和非均匀的掺杂剂浓度被认为是。因此，该解决方案提供了一种快速且准确的方式来计算空间变化的载流子密度、现场电势能量以及体石墨烯的量子电容，从而允许具有任何数量的栅极和任何类型的本征掺杂的任何种类的选通几何结构。
2013-03-30 cond-mat.mes-hall
Quantum Inductance and High Frequency Oscillators in Graphene Nanoribbons
在这里，我们研究高频交流输运通过窄石墨烯纳米带与顶栅电位，形成一个本地化的量子点。我们表明，作为量子点（QD）内的电子的有限停留时间的结果，QD表现得像一个经典的电感器在足够高的频率ω \gtrsim 50 GHz。当考虑顶栅的几何电容和纳米晶体管的量子电容时，器件的导纳表现得像具有谐振频率ω \sim 100-900 GHz和大于10^{6}的Q因子的经典串联RLC电路。这些结果表明，石墨烯纳米带可以用作全电子超高频振荡器和滤波器，从而将高频电子学的范围扩展到新的领域。
2011-02-16 cond-mat.mes-hall
Charging of graphene by magnetic field and mechanical effect of magnetic oscillations
我们讨论了石墨烯基器件的量子电容导致其电荷密度在外部磁场变化下发生变化，电荷守恒，但重新分布到衬底或其他石墨烯片上。推导了理想石墨烯在强磁场中电荷重分布的精确解析表达式。当我们考虑杂质和温度时，影响减小，公式简化为标准的量子电容表达式。强调了量子电容在势场Casimir力实验中的重要性，提出了原子力显微镜技术在态密度测量中的应用。
2013-07-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anomalous Gate-tunable Capacitance in Van der Waals Heterostructures
该研究在石墨烯/hBN异质结中发现了反常栅极可调电容引起的滞回现象，通过对照实验证明其可能源于hBN材料，为理解其反常铁电性及设计忆容器等新型存储器件提供了新见解。
2025-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fluctuation electrodynamics of quantum capacitance in electron bilayers
University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；University of Geneva（日内瓦大学）
本文建立电子双层量子电容的涨落电动力学理论，揭示层间关联通过耦合等离激元贡献电容，且石墨烯双层的层间修正因带间屏蔽异常，可作为层间配对探针。
2026-11-03 cond-mat.mes-hall
Impact of graphene quantum capacitance on transport spectroscopy
我们通过实验证明，石墨烯量子电容$C_{\mathrm{q}}$可以通过与附近电荷库的相互作用对输运光谱产生强烈的影响。阐明了场效应栅外延石墨烯器件，其中界面态作为电荷库的效果。$C_{\mathrm{q}}$的费米能级依赖性表现为载流子密度的不寻常的抛物线栅极电压（$V_{\mathrm{g}}$）依赖性，中心在狄拉克点上。因此，在高磁场$B$中，纵向电阻（$R_{xx}$）与$V_{\mathrm{g}}$的光谱表示不相等间隔的相对论石墨烯朗道能级（LL）的结构。因此，$R_{xx}$与$V_{\mathrm{g}}$和$B$的映射揭示了零能量LL在异常宽的$ν=2$量子霍尔态的发展中的重要作用。
2012-10-29 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum Capacitance Induced Non-Local Electrostatic Gating Effect in Graphene
静电门控是现代FET集成电路的核心。通常，为了实现有效的可调谐性，栅电极必须非常靠近导电沟道放置，通常为几纳米。然而，通过放置在远处的栅电极对FET器件的遥控总是非常期望的，因为它不仅降低了器件制造的复杂性，而且能够设计具有新功能的新颖器件。在这里，一个非本地门效应在石墨烯使用近场光学纳米成像和电输运测量报告。在吸附水分子的辅助下，石墨烯的电荷密度可以通过放置在30 μm以上的局域门来有效地调节。所观察到的非局部门控效应最初由在石墨烯中的狄拉克点附近的量子电容导致的具有不同电荷密度的石墨烯区域之间建立的平面内电场驱动。吸附水分子通过屏蔽面内电场和延长跃迁长度，进一步放大和增强了非定域性。该研究揭示了狄拉克电子的非定域现象，为利用二维小态密度材料设计远程控制电子器件奠定了基础。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Assessment of High-Frequency Performance Limits of Graphene Field-Effect Transistors
采用自洽量子模拟研究了沟道长度小于20 nm的石墨烯场效应晶体管（FET）的高频性能极限。结果表明，尽管Klein带-带隧穿对于亚100 nm石墨烯FET是显著的，但即使在20 nm的沟道长度下也可以实现大于3的良好的介电和弹道开关比。在20 nm的沟道长度下，对于各种栅极绝缘体厚度值，本征截止频率保持在几个THz，但是薄的栅极绝缘体对于在存在寄生电容的情况下良好的介电常数和较小的截止频率退化是必要的。本征截止频率接近由石墨烯动力学电感和量子电容设定的LC特征频率，约为100 GHz \cdot μm除以栅极长度。
2011-02-07 cond-mat.mes-hall
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
Dynamic Bandstructure and Capacitance Effects in Scanning Tunneling Spectroscopy of Bilayer Graphene
我们开发了一个完全自洽的模型来描述Bernal堆叠双层石墨烯（BLG）的扫描隧道光谱（STS）测量，我们比较我们的模型的结果与实验测量。我们的研究结果表明，STS尖端作为一个顶栅，改变BLG能带结构和费米能级，同时探测的电压依赖的隧穿态密度（TDOS）。这些效应导致TDOS和局域态密度（LDOS）之间的差异;特别是，我们表明BLG的带隙似乎比STS测量中预期的要大，TDOS中出现了一个额外的特征，这是STS测量的一个伪影，并且通过STS可以观察到各个石墨烯层之间的不对称电荷分布效应。
2019-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Capacitance sensing in bilayer graphene with gate reflectometry
Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本文提出基于门反射测量的电容传感方法，用于双层石墨烯异质结构，可跟踪带隙开启、识别层间对齐，并支持双谐振器读出以提取层极化率，为拓扑相研究提供可扩展方案。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
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
High-Quality BN-Graphene-BN Nanoribbon Capacitors Modulated by Graphene Side-gate Electrodes
实验上实现了高质量的BN-Graphene-BN纳米电容器。石墨烯的电子性质可以通过双侧栅进行显著的调节。调制效应非常明显，并且遵循数值模拟的金属电极行为，而没有观察到理论预测的负量子电容，可能是由于高估或削弱了石墨烯纳米颗粒和侧栅电极之间的相互作用。
2014-10-31 cond-mat.mes-hall
Electronic triple-dot transport through a bilayer graphene island with ultrasmall constrictions
一个量子点被蚀刻在双层石墨烯中，通过两个小的收缩连接到引线。我们发现，这种结构不像一个单一的量子点，但至少有三个网站的局域电荷串联。该装置的高度对称性和电稳定性使我们能够对局部电荷的不同位置进行三角测量，并发现一个位置位于岛中，一个位置位于每个收缩中。然而，我们测量了许多连续的单个不重叠的库仑钻石系列。为了描述这些发现，我们把系统作为一个强耦合的串行三重量子点。我们发现，非重叠的库仑钻石出现，由于更高阶的共隧穿通过位于收缩的外部点。我们提取所有相关的电容，用电容模型模拟测量数据，并讨论其对电输运的影响。
2014-06-20 cond-mat.mes-hall
Delay Analysis of Graphene Field-Effect Transistors
在这封信中，我们分析了石墨烯场效应晶体管（GFET）中的载流子传输延迟。GFET在蓝宝石衬底上以晶片级制造。对于栅长为210 nm的器件，去嵌入前后的电流增益截止频率fT分别为18 GHz和22 GHz。从栅极电容Cgs和Cgd的缩放行为中提取内部电容（Cgs，i，Cgd，i）和外部电容（Cgs，ex和Cgd，ex）允许获得本征延迟（τ_int）、非本征延迟（τ_ext）和寄生延迟（τ_par）。此外，本征延迟的提取提供了一种新的方法来直接估计从实验数据的载波速度，而总延迟的分解成本征，非本征和寄生组件可以提供有价值的信息，优化RF GFET结构。
2011-12-20 cond-mat.mes-hall
Gate-defined graphene double quantum dot and excited state spectroscopy
双量子点使用三个顶栅形成在石墨烯纳米晶体管器件中。这些门独立地改变每个点上的电子数量并调整点间耦合。通过激发态的输运被观察到在弱耦合双点制度。我们从测量中提取双点系统的所有相关电容，以及量化的电平间距。
2009-12-11 cond-mat.mes-hall
Mesoscopic Capacitance Oscillations
我们研究了介观腔的电容随费米能的变化，介观腔通过单个量子信道与金属接触和电容耦合到背栅。这种振荡依赖于腔中单能级的分布、相互作用强度和通过量子信道的传输几率。我们使用Hartree-Fock方法来排除自我交互。样品比电容振荡与电荷弛豫电阻形成鲜明对比，电荷弛豫电阻与电容一起定义RC时间，并且对于自旋极化电子，电荷弛豫电阻在半个电阻量子处被量子化。在最近的实验中，电容振荡和量子化电荷弛豫电阻都以非常清晰的方式出现。
2006-12-22 cond-mat.mes-hall
Electronic compressibility of layer polarized bilayer graphene
我们报告的双栅双层石墨烯的电容研究。测量的电容允许我们探测电子压缩性作为载流子密度、温度和施加的垂直电位移D的函数。随着D的增加而引起带隙，在电荷中性处的可压缩性最小值变得更深，但仍然有限，这表明在能隙内存在局域态。随温度变化的电容测量表明，压缩性是敏感的本征带隙。对于大的位移，一个额外的峰值出现在作为密度的函数的压缩性，对应于1维范霍夫奇点（vHs）的存在下，在带边所产生的四次双层石墨烯能带结构。对于D > 0，仅观察到电子的附加峰，而D < 0，仅观察到空穴的峰。这种不对称性可以用有限的层间分离来理解，并且可以用作层极化的直接探针。
2012-02-27 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Probing quantum geometric capacitance via photonic spin Hall effect
本文研究由原子级薄二维绝缘体反射诱导的光子自旋霍尔效应，发现光束位移与量子几何电容相关，并推导出从位移测量中提取几何电容的近似方法，提出太赫兹PSHE可用于探测二维绝缘体的量子几何电容。
2025-05-04 cond-mat.mes-hall
Negative Compressibility in Graphene-terminated Black Phosphorus Heterostructures
在二维电子系统中，由多体效应产生的负可压缩性可以增强栅极电容。我们观察到电容增强在一个新出现的二维层状材料，原子薄的黑磷（BP）。用具有少层石墨烯作为终端的六方氮化硼片封装BP确保了超净异质结构界面，使我们能够在低空穴载流子浓度下观察到负压缩性。在德拜屏蔽的框架下，利用栅电极中面内电荷和镜像电荷之间的库仑关联解释了负压缩性。
2015-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Probing 2D Black Phosphorus by Quantum Capacitance Measurements
二维材料及其异质结构不仅在基础物理学领域，而且在电子学和光电学领域都有着广泛的应用。黑磷（BP）是这类材料中相对较新的添加物。其强的面内各向异性使BP成为制造概念上新型电子器件的独特材料。然而，在器件几何结构的BP的全局态密度（DOS）还没有被实验测量。在这里，我们报告的量子电容测量与电导测量的hBN保护的几层BP（$\sim$ 6层）的双栅场效应晶体管（FET）的几何形状。从我们的量子电容测量DOS进行比较与密度泛函理论（DFT）。我们的结果表明，由于带边附近的局域态的存在，量子电容的输运能隙比电导测量的小。局域态的存在下，证实了我们的温度依赖性电导率中看到的可变范围跳跃。在电子和空穴侧之间观察到大的不对称性。这种不对称性是由于BP的各向异性带色散。我们的测量建立了量子电容的独特性，在探测带边附近的局域态，迄今没有看到的电导测量。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall
Gate-induced carrier density modulation in bulk graphene: Theories and electrostatic simulation using Matlab pdetool
这篇文章的目的是提供一个独立的介绍，在石墨烯片的栅极诱导载流子密度的理论建模。为此，介绍了相关的理论，即经典电容模型（CCM）、自洽泊松-狄拉克方法（PDM）和量子电容模型（QCM）。还简要介绍了Matlab pdetool的使用方法，指出使用该工具解决目前静电问题所需的最少知识。基于这三种方法的结果进行了比较，表明量子校正，这是不考虑的CCM，但由其他两个，发挥作用，只有当金属栅极是非常接近的石墨烯片，和精确可解QCM工程同样好的自洽PDM。实际的例子对应于现实的实验条件，用于产生石墨烯pnp结和超晶格，以及如何在位置上的背景电位线性可以在石墨烯中实现，示出了所介绍的方法的适用性。此外，通过以相同的方式处理金属接触，最后一个例子表明，PDM和QCM能够解决接触引起的掺杂和屏蔽电位，以及同意与以前的第一性原理研究。
2013-04-03 cond-mat.mes-hall
