Anomalously large capacitance of an ionic liquid described by the restricted primitive model
我们使用蒙特卡罗模拟检查最简单的模型的离子液体，被称为限制原始模型，在金属表面。我们发现，在适度的低温下的金属/离子液体界面的电容是如此之大，静电双层的有效厚度是3倍小于离子半径。为了解释这些结果，我们提出了一种方法，它是基于离散离子和它们的图像电荷在金属表面之间的相互作用，因此超越了平均场近似。当在界面上施加电压时，强的图像吸引力使抗衡离子凝聚在金属表面上，形成紧凑的离子图像偶极子。这些偶极子相互排斥，形成相关液体。当这些偶极子的表面密度低时，插入额外的偶极子不需要太多能量。这导致随着电压$V$单调减小的大电容$C$，产生“钟形”曲线$C(V)$。我们还考虑了当电极由半金属而不是完美金属制成时会发生什么。在这种情况下，电极的有限屏蔽半径将镜像电荷的反射平面移动到电极内部，我们得到“骆驼形”$C(V)$。这些预测似乎与实验定性一致。
2010-06-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
Depolarizing-Field Effect in Strained Nanoscale Ferroelectric Capacitors and Tunnel Junctions
利用非线性热力学理论研究了退极化场对铁电电容器和隧道结中均匀极化的大小和稳定性的影响。据预测，在涉及应变外延膜和金属电极的异质结构中，均匀的极化状态可以保持稳定，对顺电相和多畴状态下到纳米级的转换。这一结果支持的可能性去极化场相关的电阻开关在铁电隧道结与不同的电极。在这样的结的电阻开/关比示出由在电极中的屏蔽空间电荷的倒易电容之间的差异。
2006-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Computational Amperometry of Nanoscale Capacitors in Molecular Simulations
近年来，恒定外加电位分子动力学已允许研究各种各样的纳米电容器的电化学双层的结构和动力学。尽管如此，仍然不可能在固定的总电荷下模拟极化电极。在这里，我们表明，结合一个恒定的电位电极与有限的电位移填补了这个空白，允许模拟开路条件。该方法可以通过施加电位移斜坡来扩展，以在不同的电流强度下进行计算安培法实验。如在实验中，在低强度下获得系统的全电容，但是当所施加的斜坡相对于液体的微观动力学变得太快时，该量减小。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
Mapping Nanoscale Electromagnetic Near-Field Distributions Using Optical Forces
我们展示了应用原子力显微镜（AFM）为基础的光学力显微镜映射的光学近场与纳米分辨率，仅限于AFM探针的几何形状。我们映射的电场分布的紧密聚焦的激光束与不同的偏振，并表明，实验测量的数据与理论预测的偶极-偶极相互作用模型，从而验证了我们的方法。我们进一步验证了所提出的技术，通过测量纳米颗粒和金涂层AFM探针之间的光学力来评估由球形纳米颗粒散射的光学电场。该技术允许波长无关，无背景，热噪声限制的光学现象的机械成像，灵敏度受AFM性能限制。由于电和磁偶极-偶极相互作用的光学力可以使用这种技术测量。
2014-08-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Nanoscale electrostatic control in ferroelectric thin films through lattice chemistry
本文提出利用Aurivillius带电Bi₂O₂层的极化表面与晶格化学工程，在铁电异质结构中实现纳米尺度静电调控，并通过插入BiFeO₃稳定类亚铁电非共线电偶极有序，同时保持其反铁磁性。
2025-03-11 cond-mat.mtrl-sci
Direct Probing of Polarization Charges at the Nanoscale
铁电材料具有可用于多种应用的自发极化。由于长期以来对器件尺寸的不断减小，铁电材料和器件的制备正进入纳米尺度。因此，为了评估铁电性，需要研究纳米尺度下的极化电荷。尽管如此，它已被普遍接受，使用传统的导电原子力显微镜（CAFM）没有顶部电极的极化电荷的检测是不可行的，因为纳米级半径的原子力显微镜（AFM）的尖端产生一个非常低的信噪比。然而，检测与AFM针尖的半径无关，实际上，是切换区域的问题。在这项工作中，我们证明了直接探测的极化电荷在纳米级使用的正向上负向下的方法的基础上，传统的CAFM方法，没有额外的校正或电路，以减少寄生电容。我们成功地探测到73.7和119.0 μ C/cm 2的铁电纳米电容器和薄膜的极化电荷密度，分别。研究结果表明了在纳米尺度下评价极化电荷的可行性，为在纳米尺度下评价铁电性提供了新的指导。
2017-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale surface morphology controls charge storage at stepped Pt-water interfaces
Imperial College London（帝国理工学院）
本研究采用从头算分子动力学模拟台阶状Pt-水界面，发现台阶边缘积累正电荷且对电容无贡献，而平坦台面水化学吸附主导PZC附近电容，揭示了纳米形貌控制电荷存储机制并解释了PZC随台阶密度偏移现象。
2025-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optically Controlled Supercapacitors with Semiconductor Embedded Active Carbon Electrodes
超级电容器，S-C -利用电极和电解质之间界面处的大电容的电容器-已经发现了许多短期能源应用。我们集中在这里的光诱导，电和热效应。平行板电池由两个透明电极（ITO）制成，每个透明电极覆盖有嵌入式电容器的活性碳（A-C）层。虽然A-C看起来是黑色的，但它不是一个理想的黑体吸收体，它不加选择地吸收所有光谱光。除了相对平坦的光学吸收背景外，A-C还表现出两个不同的吸收带：近红外和蓝光。第一个可能是由于OH-基团的吸收，后者，通过散射，可能是由表面等离子体。在这里，亚微米尺寸的SiC颗粒嵌入在A-C电极的光学和热效应，提出。与纳米Si颗粒类似，SiC表现出蓝带吸收，但不太可能氧化。使用充电-放电（CD）实验，相对光学相关的电容增加可以高达~34%（当考虑照明面积时为68%）。随着被照射的样品变得更热，注意到电容增加。使用CD实验，这种热效应占总体相对变化的20%。当用CdSe/ZnS量子点取代SiC颗粒时，热效应很大，后者的热效应为35%，而光学效应为10%。当分析光学效应时，可以考虑两个过程：半导体粒子的电离和电池终端下的电荷位移-偶极效应。我们的模型表明，电容的增加是有关的光诱导偶极子。
2021-03-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Tuning the Optical Properties of an MoSe$_2$ Monolayer Using Nanoscale Plasmonic Antennas
纳米等离子体激元系统与光学活性二维材料相结合，提供了有趣的机会，探索和控制极端的亚波长尺度接近激子玻尔半径的光-物质相互作用。在这里，我们提出了一个MoSe $_2$单层和个人光刻定义的金偶极子纳米天线具有子10 nm的饲料间隙之间的光-物质相互作用的室温和低温调查。通过逐步调谐纳米天线的大小，它们的偶极共振相对于近端MoSe $_2$单层中的A-激子跃迁进行调谐，从而实现$\sim 130\;\mathrm{meV}$的总调谐。对$> 100$结构进行的差分反射率测量揭示了激子和偶极模式之间的明显避免的交叉和激子-等离子体激元耦合常数$g= 55\;\mathrm{meV}$，表示跃迁能量的$g/(\hbarω_X)\geq3\%$。这使得我们的混合系统处于中间耦合状态，其中光谱表现出典型的Fano形状，表明明显的光物质耦合和显着的阻尼之间的相互作用。我们还展示了通过改变激发光的偏振来可编程地抑制偶极模式的耦合的光学响应的主动控制。我们进一步研究了出现的光学签名的单分子层定位在偶极纳米天线在$10\;\mathrm{K}$。我们的发现代表了实现基于2D材料的非线性光子器件的关键一步，具有低能量和超快性能的潜力。
2022-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Dynamics of Polar Skyrmion Bubbles under Electric Fields
最近在氧化物超晶格中发现的室温极性Skyrmion泡，由于其纳米尺寸、涌现的手性和负电容等特性，在纳米电子学中具有潜在的应用价值，引起了人们极大的兴趣。对于实际应用，通过使用外部刺激可控地操纵它们的能力是先决条件。在这里，我们研究了在纳米尺度上使用原位偏置在扫描透射电子显微镜的个别极性skyrmion气泡的动力学。证明了电场驱动的拓扑极态和平凡极态之间的可逆相变.我们创造，删除和监控个别极地skyrmion的收缩和扩张。我们发现它们的相变行为与磁性类似物的相变行为有很大的不同。结合相场模拟结果，讨论了其产生机理。纳米极性skyrmion的可控操纵，使我们能够调整介电常数在原子尺度和详细的知识，他们的相变行为提供了基础，其在纳米电子学的应用。
2021-07-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale Smoothing and the Analysis of Interfacial Charge and Dipolar Densities
多层膜中感兴趣的界面性质包括界面电荷密度、偶极子密度、能带偏移和屏蔽长度等。大多数这样的性质是无法直接测量的，但对于理解多层膜的物理性质至关重要。它们包含在第一原理电子结构计算中，但被埋在这些计算产生的大量定量信息中。到目前为止，他们已经从数值数据中提取的启发式nanossmoothing程序，不一定提供独立的平滑过程的结果。在本文中，我们开发的理论nanossmoothing，建立程序的非极化和极化系统，产生界面电荷和偶极子密度和带偏移不变的平滑程序的细节时，我们已经建立的标准得到满足。我们还表明，偶极电荷密度，即。e.穿过界面转移的电荷密度和屏蔽长度不是不变的。我们用一个玩具模型来说明我们的过程，在这个模型中，真实的横向平均电荷密度被高斯的总和所取代。
2007-01-08 cond-mat.mtrl-sci
Multifrequency Nanoscale Impedance Microscopy (m-NIM): A novel approach towards detection of selective and subtle modifications on the surface of polycrystalline boron-doped diamond electrodes
在本文中，我们描述了纳米阻抗显微镜（NIM）的修改，即结合接触模式原子力显微镜与局部阻抗测量。假设的方法是基于多频电压扰动的应用，而不是标准的逐频分析，其中包括提供更省时和准确的测定所得的阻抗谱与高空间分辨率。基于阻抗谱分析与适当的等效电路，它是可能的映射表面电阻和接触电容。以多晶重掺硼金刚石（BDD）电极为研究对象。最近的研究表明，这种电极暴露于氧化环境中可能会导致终止类型的修改，因此它是描述BDD的电学和电化学性质的关键因素。我们已经成功地应用了多频NIM，这使我们能够证明，终止类型的修改是选择性的，并发生在具有特定的晶体取向的晶粒上的不同倾向。此外，我们的方法能够检测甚至微妙的亚微观表面异质性，创建作为各种氧化处理的结果，并将它们与晶界处硼的局部分布相关的表面异质性区分开来。
2018-11-14 cond-mat.mtrl-sci
Langevin Simulation of Thermally Activated Magnetization Reversal in Nanoscale Pillars
Landau-Lifshitz-Gilbert微磁模型结合热涨落和偶极-偶极相互作用（由快速多极方法计算）的数值解的尺寸为9 nm × 9 nm × 150 nm的纳米级铁柱组成的系统。得到了正弦变化磁场下产生的磁滞回线，在T=0 K时，利用线性场扫描估计矫顽场为1979 $\pm$ 14 Oe.热效应对于被捕获在亚稳取向中的磁化的弛豫是必不可少的，例如在小于矫顽值的外部磁场的快速反转之后发生的。开关时间的分布相比，一个简单的分析理论，描述了在纳米磁体的两端与成核反转。结果还提出了垂直于平面基板取向的纳米磁体阵列。即使在300 nm的间隔处，其中来自相邻柱的场仅为$\sim$ 1 Oe，相互作用对磁体的切换具有显著影响。
2001-07-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Landauer resistivity dipole at one dimensional defect revealed via near-field photocurrent nanoscopy
本研究利用近场光电流纳米术的纳米级分辨率，表征单层-双层石墨烯界面这一一维缺陷处的Landauer电阻率偶极子，验证了其与载流子浓度的关联，为研究隐藏界面局域耗散提供了非侵入式方法。
2025-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Micromagnetic simulations of thermally activated magnetization reversal of nanoscale magnets
采用随机Landau-Lifshitz-Gilbert方程的数值积分方法研究了非零温度下单畴纳米级磁体的动力学过程。特别注意的是，包括热涨落作为朗之万长期，和快速多极方法被用来计算偶极-偶极相互作用。这是可行的，以纳秒的时间尺度上模拟这些动态的空间离散化，涉及的顺序上使用桌面工作站的10000个节点。这里考虑的纳米级磁体是具有大纵横比的单柱。磁滞回线模拟研究的稳定和亚稳态的磁化配置。每个支柱都有磁性端盖。在随时间变化的磁场中，观察到柱的磁化通过端盖的成核、传播和聚结而反转。特别地，端盖传播到磁体中并且在中间附近相遇。当具有相反涡度的端盖相遇时，形成相对长寿命的缺陷。波动是更重要的磁化反转弱于零温度矫顽场，其中反转是热激活的字段。在这种情况下，该过程必须通过其统计特性来描述，例如开关时间的分布，在大量独立的热历史上平均。
1999-11-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
The electrostatic potential of atomic nanostructures on a metal surface
本研究利用扫描量子点显微镜逐原子成像金属表面纳米结构的静电势，量化表面偶极矩，并通过密度泛函理论计算验证实验，揭示偶极形成机制，为纳米系统设计提供指导。
2023-12-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Molecular understanding of charge storage and charging dynamics in supercapacitors with MOF electrodes and ionic liquid electrolytes
我们提出了一个计算显微镜分析（有针对性的分子动力学模拟）的结构和性能的导电金属有机框架（MOF）电极在超级电容器与室温离子液体。分子建模预测电极电容的电位依赖性的特征形状，依赖于MOF电极的结构，特别是离子如何在极化下传输和驻留在MOF中。采用传输线模型表征了充电动力学过程，并从纳米尺度下的仿真数据出发，搭建了一座评估实际超级电容器器件宏观电容性能的桥梁。这种从纳米尺度到宏观尺度的分析证明了MOF超级电容器实现前所未有的高体积能量和功率密度的潜力。这项研究为实现这些结果提供了对MOF优选结构的分子见解，这可以为这些新系统的未来实验表征提供蓝图。
2019-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Generalized energy band alignment model for van der Waals heterostructures with a charge spillage dipole
针对范德华异质结构能带对齐，提出含电荷溢出偶极的广义线性响应模型，仅用两个输入即可高精度复现DFT结果，适用于高通量筛选。
2025-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Direct Nano-Imaging of Light-Matter Interactions in Nanoscale Excitonic Emitters
本文利用近场纳米光谱研究Au衬底上CdSe/CdxZnS1-xS纳米片的激子与间隙等离激元强耦合及表面等离激元定向传播，并通过介电环境调控实现光场限制与面内发射的工程设计。
2022-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The nanoscale structure of the Pt-water double layer under bias revealed
带电界面处双层内的纳米级质量和电荷分布在与能量生产和转换具有巨大技术相关性的电化学现象中起着关键作用。然而，尽管它的重要性，双电层的纳米级结构和它对外加电位的响应仍然几乎完全未知，即使是Pt-水，最基本的电化学界面。使用一般的从头算方法，推进以前的模型对一个动态的和更现实的描述电极/电解质界面，我们第一次模拟的纳米级结构的Pt-水双层和它的响应所施加的电位，在现实的溶液条件。我们发现，纳米级的金属/表面结构和充电不被传统的电容器模型捕获，因为电极极化与双电层内的电荷振荡和与电极接触的水层的致密化相关，这两者都强烈依赖于所施加的电势。此外，我们表明，界面偶极子是不是由第一个水层与电极接触的重定向，但其充电状态结合其数密度，而水的重定向成为相关的第二水层。我们的研究结果将是必不可少的开发高度现实的模型在Pt-水界面的催化过程。
2019-05-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
