Dynamic negative capacitance regime in GeTe Rashba ferroelectric
实验研究了Si/SiO_2衬底上厚GeTe铁电单晶片的电容响应，其中p掺杂Si层作为栅电极。我们确认电阻测量，三维薄片，电子浓度是不敏感的栅极电场由于散装载体的筛选。出乎意料的是，我们观察到样品电容C对于两个栅极场极性都强烈减小，因此C（Vg）在零栅极电压附近是最大值。此外，我们观察到发达的滞后与栅极电压扫描方向的实验C（Vg）曲线。从我们的分析中，电容行为的解释是由已知的依赖性的巨大的Rashba分裂的电场的GeTe的Rashba参数。在这种情况下，电容的滞后应归因于GeTe表面层中的极化演化，这也允许实现动态负电容的机制。后者可以在随时间变化的电阻测量中直接观察到，作为阶跃状电流脉冲的电压响应的非单调演化。因此，负电容机制确实可以提高性能，并因此提高电子设备的能量效率。
2022-09-15 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
Dispersive Gate Sensing the Quantum Capacitance of a Point Contact
色散栅极感测（DGS）技术使用单个电极通过检测由于单电子隧穿引起的量子电容的变化来读出量子位。在这里，我们将DGS从离散隧道事件的检测扩展到开放制度，其中许多电子通过部分或完全透射量子模式传输。比较DGS与传统的运输表明，该技术可以解决的范霍夫奇点的一维弹道系统，也探测方面的潜在景观，不容易访问与直流运输。除了读出之外，这些结果表明，栅极传感也可以用于调整量子比特或探测电子离域状态下开放量子器件的电荷配置。
2019-03-19 cond-mat.mes-hall
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
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
Landau Levels of Topologically-Protected Surface States Probed by Dual-Gated Quantum Capacitance
体绝缘三维拓扑绝缘体（3D TI）在垂直磁场中的离散朗道能级（LL）谱表征了其表面态的狄拉克性质。尽管许多研究证明了拓扑表面态的量子霍尔效应（QHE），但作为量子态研究的基本电子量的LL能量的定量评估仍然有限。在这项工作中，我们探索的状态密度的LL通过测量量子电容（CQ）在一个真正的大块绝缘三维TI通过范德华异质结构配置。通过施加双栅极电压，我们访问各个表面态的LL并提取它们的化学势来量化每个表面的LL间距。我们计算了3D TI中两个不同的QH态，即无耗散（ν= +/-1）和耗散（ν= 0）态下的LLS能量。
2020-01-05 cond-mat.mes-hall
Large Electron Concentration Modulation using Capacitance Enhancement in SrTiO3/SmTiO3 FinFETs
二维电子气（2DEG）的固态调制具有极端（~3.3 × 1014 cm-2）密度，对应于复杂氧化物异质界面（如SrTiO 3/GdTiO 3或SrTiO 3/SmTiO 3）处每个界面晶胞的1/2电子，这是具有挑战性的，因为它需要巨大的栅极电容。实现大栅极电容的一种方式是通过鳍结构中的几何电容增强。在本工作中，我们在混合分子束外延（hMBE）生长的60 nm SrTiO 3/5 nm SmTiO 3薄膜上制备了Au栅平面场效应晶体管（FET）和不同鳍宽的鳍式FET。我们发现，FinFET表现出更高的栅极电容相比，平面场效应管。通过按比例缩小SrTiO 3/SmTiO 3鳍片宽度，我们证明了进一步的栅极电容增强，几乎两倍的平面FET相比。在具有最宽鳍宽度的FinFET中，我们展示了~2.4 x 1014 cm-2的创纪录的2DEG电子浓度调制。
2016-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
RF-quantum capacitance of the topological insulator Bi2Se3 in the bulk depleted regime for field-effect transistors
在射频范围内实现了一种基于hBN封装CVD生长Bi 2Se 3的金属-介质-拓扑绝缘体电容器器件。提取的RF量子电容和器件电阻的频率高达10 GHz，并研究作为施加的栅极电压的函数。高质量的hBN电介质栅极与CVD生长的Bi 2Se 3（在8 nm中n~10^18cm-3）的优化的输运特性的组合允许我们通过电介质栅极获得体耗尽状态。观察到的量子电容最小值揭示了一个纯粹的狄拉克制度，其中狄拉克表面状态接近栅极达到电荷中性，但底表面狄拉克锥保持带电，并通过绝缘体耦合电容到顶表面。我们的工作为在射频器件中实现拓扑材料铺平了道路。
2018-02-13 cond-mat.mes-hall
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
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
How do Quantum Effects Influence the Capacitance and Carrier Density of Monolayer MoS$_2$ Transistors?
当晶体管栅极绝缘体具有纳米级等效氧化物厚度（EOT）时，由于沟道的量子电容和电荷质心电容，栅极电容（$C_\textrm{G}$）变得小于氧化物电容（$C_\textrm{ox}$）。在这里，我们研究单层的MoS $_\textrm{2}$作为一个原型的二维（2D）通道的电容，同时考虑空间变化的潜力，电荷密度，和状态密度。在0.5 nm EOT处，单层MoS $_\textrm{2}$电容小于其量子电容，对于0.5 V和1 V之间的栅极击穿电压，将n型沟道的单栅极$C_\textrm{G}$限制在$C_\textrm{ox}$的63%和78%之间。尽管有这些限制，对于双栅极器件，单层MoS $_\textrm{2}$的导通态$C_\textrm{G}$在0.5 nm EOT时比硅的导通态大50%，在1 nm EOT时比InGaAs的导通态大三倍以上，这表明2D半导体在未来的技术节点上有望用于纳米级器件。
2023-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
Cooperative Charging in a Nanocrystal Assembly Gated By Ionic Liquid
为了使未掺杂的半导体纳米晶体的密集堆积组件导电，通常通过室温离子液体对其进行门控。离子液体在施加电压的影响下进入超晶体组件的孔。我们研究了这种器件的电容作为栅极电压的函数。我们表明，反直觉，系统的电容是位于一个序列的临界栅极电压的三角函数的总和。在每一个临界电压下，每一个电子都获得一个额外的电子。
2011-09-08 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
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
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
Negative Quantum Capacitance of Carbon Nanotube Field-Effect Transistors
用原子密度泛函理论计算了金属圆柱栅与碳纳米管之间的电容。结果强调量子电容在限制甚至增强CNT的屏蔽性能的主导作用。指出了电子态密度（DOS）以外的其它对量子电容的贡献。负值的量子电容得到低密度系统，相应地过屏蔽的门场。量子电容的这种非常规行为与交换贡献在CNT的总电子能量中的主导地位有关。
2004-12-20 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
The quantization of a charge qubit. The role of inductance and gate capacitance
用量子力学方法求出了由两个约瑟夫森结组成的电荷量子比特的哈密顿量。量子比特的电感从一开始就包括在内。它允许在两个状态的基础上，当前的运营商的自洽推导。结果表明，电流算符在电荷和本征态基中都有非零的非对角矩阵元。它还表明，量子比特与自己的LC谐振器的相互作用对量子比特的能量有显着的影响。计算了结的非对称性和栅电容对电流算符矩阵元和量子比特能量的影响。所得结果对于两个或多个电荷量子比特通过电感线圈耦合的电路具有重要意义。
2006-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Single Carbon Nanotube Transistor at GHz Frequency
我们报告的顶栅单碳纳米管晶体管的微波操作。从传输测量在0.1-1.6 GHz的范围内，我们推导出器件的μ gm和栅极纳米管电容Cg的微和纳米器件。一个大的和频率无关的gm约20微西门子观察短的设备，这符合最好的直流结果。60 aF/微米的每单位栅极长度的电容是介电常数等于10的常规氧化物上的顶栅极的典型电容。该值比纳米管量子电容低3-5倍，根据最近的模拟，纳米管量子电容有利于高的渡越频率。对于我们最小的设备，我们发现一个大的渡越频率等于50 GHz的长度依赖性没有饱和的证据。
2008-06-04 cond-mat.mes-hall
Could the negative capacitance effect be used in field-effect transistors with a ferroelectric gate?
本文分析了由SiO_2和弱铁电HfO_2构成栅绝缘层的金属氧化物-铁电场效应晶体管（MOSFET）的电势、电场、极化和电荷分布以及微分电容。当HfO_2层的厚度接近尺寸诱导铁电-顺电相变的临界厚度时，有可能获得准稳态的负电容C_（HfO_2）<0。准稳态负电容是铁电体的一种非常缓慢变化的瞬态，对应于整个系统的正电容，因此它的出现并不违反任何热力学原理。栅极绝缘层的准稳态负电容C_ins的实现可以打开将MOSFET亚阈值摆幅降低到临界值以下以及将栅极电压降低到基本玻尔兹曼极限以下的主要可能性。然而，我们没有找到在准稳态下C_ins为负的参数，因此，负的C_（HfO_2）不能使亚阈值摆幅降低到基本极限以下。然而，随着C_（HfO_2）<0，C_ins的增加可以减小摆幅，减少器件在工作循环中的发热，从而有助于进一步改善MOSFET的性能。
2022-08-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Negative compressibility in MoS2 capacitance
大电容增强对于增加场效应晶体管（FET）的栅极电容以产生具有改进的栅极可控性的低能耗器件是有用的。我们报告了一种新出现的二维通道材料二硫化钼（MoS 2）的强电容增强效应。增强效应是由于在低载流子密度制度在二硫化钼强的电子-电子相互作用。我们在单层器件中实现了约50%的电容增强，在双层器件中实现了约10%的电容增强。然而，在多层（层数>3）器件中，增强效果不明显。使用Hartree-Fock近似，我们说明了同样的趋势，在我们的逆压缩性数据。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Transistor Switches using Active Piezoelectric Gate Barriers
这项工作探讨了在一个正常的场效应晶体管中引入压电栅势垒的后果。由于应变和压电电荷的正反馈，在这种机电电容器中发生内部电荷放大，从而导致负电容。这种放大的第一个结果是晶体管的导通电流增加。作为第二个后果，采用拉格朗日方法，我们发现，通过使用一个高度兼容的压电屏障的负电容，可以潜在地减少低于室温玻尔兹曼极限的60 mV/十年的晶体管的亚阈值斜率。然而，这可能以传递特性中的滞后行为为代价。
2015-05-02 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
Charge-order-enhanced capacitance in semiconductor moiré superlattices
范德瓦耳斯莫尔材料已经成为研究电子相关现象的高度可控平台。特别是，最近已经发现了强大的相关绝缘状态的半导体莫尔系统的整数和分数填充因子。在这里，我们揭示了这些状态的热力学性质，通过测量MoSe 2/WS 2莫尔超晶格的栅极电容。我们观察到一系列的不可压缩状态的填充因子0 - 8和巨大的电容（近60%以上的设备的几何电容）在干预可压缩区域。在小填充因子、低于电荷有序态的熔化温度和小的样品-栅极间隔下，非常大的电容最明显。它是电子之间的库仑相互作用和电荷有序态的相位混合的表现。我们进一步提取了相关绝缘态的热力学能隙和电容器件的熵。结果不仅建立了电容作为一个强大的探针的相关状态在半导体莫尔系统，但也表明控制扩展库仑相互作用在这些材料通过样品栅极耦合。
2021-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Realizing lateral wrap-gated nanowire FETs: Controlling gate length with chemistry rather than lithography
晶体管封装中的一个重要考虑因素是使栅极和半导体沟道之间的耦合最大化。具有同轴金属栅极的纳米线提供了最佳的栅极-沟道耦合，但仅针对垂直取向的纳米线晶体管实现。我们报告了一种用于生产横向取向的包裹栅纳米线场效应晶体管的方法，该方法通过单个湿法蚀刻步骤提供对栅极长度的精细控制，从而消除了对定义源极/漏极接触和栅极引线所需的额外光刻的需要。它允许通过偏置掺杂衬底来独立地控制延伸超出卷绕栅极的接触和纳米线段，从而显著地改善亚阈值电特性。我们的器件提供更强，更对称的纳米线门控，在300至4开尔文之间的温度下工作，并在从一维量子传输到化学和生物传感的研究等应用中提供新的机会。
2012-01-18 cond-mat.mes-hall
$β$-Ga$_2$O$_3$ Nano-membrane Negative Capacitance Field-effect Transistor with Steep Subthreshold Slope for Wide Bandgap Logic Applications
采用铁电铪锆氧化物作为栅介质叠层，实现了陡斜率$β$ $_2$ O $_3$纳米膜负电容场效应晶体管（NC-FET）。亚阈值斜率小于60 mV/dec，在室温下获得的正向和反向栅极电压扫描与最小值为34.3 mV/dec在反向栅极电压扫描和53.1 mV/dec在正向栅极电压扫描在$V_{DS}$ =0.5 V。增强模式的操作与阈值电压约0.4 V是通过调整的$β$ -Ga $_2$ O $_3$膜的厚度。获得小于0.1 V的低滞后。陡斜率、低滞后和增强模式的$β$ O $_3$ NC-FET是未来宽禁带CMOS逻辑应用的nFET候选者。
2017-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A Compact Virtual-Source Model for Carbon Nanotube Field-Effect Transistors in the Sub-10-nm Regime-Part I Intrinsic Elements
提出了一种基于虚源（VS）方法的碳纳米管（CNT）场效应晶体管（CNFET）的数据校准紧凑模型，描述了其本征电流-电压和电荷-电压特性。该模型的特征包括：（i）从栅长小于15 nm的实验器件中提取的载流子速度VS;（ii）载流子有效迁移率和载流子速度与碳纳米管直径的关系;（iii）短沟道效应，如亚阈值斜率下降和漏致势垒降低与器件尺寸的关系;（iv）包括CNT量子电容效应的小信号电容，以解释在高栅极偏置下减小的栅极电容。CNFET模型捕捉尺寸缩放效应，适合于在亚10纳米技术节点的技术基准测试和性能预测。
2015-03-15 cond-mat.mes-hall
Theory of multi-dimensional quantum capacitance and its application to spin and charge discrimination in quantum-dot arrays
本文提出多维度量子电容矩阵理论，将量子电容测量推广到多栅极电压情形，并以Hubbard模型量子点阵列为例，实现了对不同粒子数和总自旋量子态的优化区分。
2023-03-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Anomalous response to gate voltage application in mesoscopic LaAlO_3/SrTiO_3 devices
本文报道了一系列桥宽为1.5-10 μ m的LaAlO_3/SrTiO_3单界面异质结窄台面器件的电阻率和霍尔测量结果。在施加几伏量级的背栅电压时，观察到样品电阻的强烈增加（高达35倍），表明霍尔条和栅极之间的电容相对较大。该电容的高值是由于器件的几何形状，并且可以使用托马斯费米近似在静电模型内解释。霍尔系数有时是栅极电压的非单调函数。这种行为与单导带模型不一致。我们表明，理论上的两个带模型是一致的，这种传输行为，并表明在这些频带中的至少一个金属到绝缘体的过渡。
2013-01-06 cond-mat.mes-hall
Analysis of homogeneity of 2D electron gas at decreasing of electron density
本文研究了栅-二维电子气系统的电容与栅压的关系。发现了电容随浓度降低而急剧下降的现象，并讨论了引起电容下降的可能原因，即电子密度分布的不均匀性和二维电子气的串联电阻。对电容和电阻的栅电压依赖性的同时分析表明，在重掺杂的2D系统中，在浓度降低时电容下降的主要作用是2D气体的电阻。研究发现，在低温电导率约为（10^-2-10^-3）e^2/h时，所研究的体系仍保持均匀。
2010-09-21 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall
Transmission Line Impedance of Carbon Nanotube Thin Films for Chemical Sensing
我们测量了碳纳米管（CNT）薄膜在环境、真空和低压（10 E-6 Ω）分析物环境中的电阻和频率依赖性栅电容。我们建模的CNT膜作为RC传输线，并表明，在测得的电容作为栅极偏置和分析物的压力的函数的变化是一致的传输线阻抗的变化，由于单独的CNT膜的电阻率的变化; CNT膜的静电栅电容不依赖于栅极电压或化学分析物吸附。然而，CNT膜电阻对低压分析物暴露非常敏感。
2006-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Analytic model for the surface potential and drain current in negative capacitance field-effect transistors
2008年，Salahuddin和Datta提出，工作在负电容区的铁电材料可以作为MOS结构中表面电位的升压转换器，为实现更陡亚阈值特性（S<60 mV/decade）的晶体管开辟了新的途径。在这封信中，一个全面的物理为基础的表面电位和漏极电流模型的负电容场效应晶体管的报告。该模型的目的是评估这种晶体管的潜力，为低功耗开关应用。此外，它提供了一个模型核心的存储器设备依赖于铁电栅绝缘体的滞后行为。
2010-03-31 cond-mat.mes-hall
Coulomb blockade in a Si channel gated by an Al single-electron transistor
我们采用Al-AlO_x-Al单电子晶体管作为窄（~100 nm）金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的栅极。在MOSFET沟道电导阈值附近，我们观察到沟道中与库仑阻塞相关的电导振荡，揭示了Si单电子晶体管的形成。在扫描的Al晶体管的电导与栅极电压的突变步骤与单电子充电事件在Si晶体管，反之亦然。使用简单的静电模型分析这些相关性表明，两个单电子晶体管岛紧密对齐，岛间电容约等于Si晶体管岛的总电容的1/3，表明Si晶体管与Al晶体管强耦合。
2007-10-05 cond-mat.mes-hall
Giant Gate Response of the Charge in an Electron-Lattice Condensate
本文研究电荷密度波凝聚体中电子-晶格关联引起的巨栅极响应，在准一维CDW材料中实现比几何电容预测高一到两个数量级的栅控电荷变化，并提出通过集体电子行为放大栅控、助力晶体管尺寸继续缩小的新策略。
2025-05-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Gate-controlled analog memcapacitance in LaAlO3/SrTiO3 interface-based devices
Julius-Maximilians-Universität Würzburg（维尔茨堡大学）；Federal University of São Carlos（圣卡洛斯联邦大学）
本文提出利用LaAlO3/SrTiO3异质界面形成的准二维电子气作为电极，SiO2/SrTiO3作为介电层，实现门控模拟电容，通过门电压调节电容，展示其在神经形态电子架构中的应用潜力。
2025-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Determining the Location and Cause of Unintentional Quantum Dots in a Nanowire
我们确定无意的量子点（U-QDs）在硅纳米线的位置与几个纳米的精度通过比较电容与多个栅极的电容模拟。因为我们在多个器件中的导线的相同位置观察到U-QD，所以它们的原因可能是制造的意外后果，而不是通常假设的随机原子级缺陷。U-QD的位置似乎与来自氧化物和栅极的应变的导带调制一致。这使我们能够提出减少U-QD频率的方法。
2012-01-24 cond-mat.mes-hall
Realizing flexible two-qubit controlled phase gate with a hybrid solid-state system
提出了一种实现灵活的双量子比特控制相位门的理论方案。利用传输线谐振器诱导金刚石中的氮空位与超导量子比特之间的耦合。N-V中心作为控制量子位，超导量子位作为目标量子位。通过调节外磁通，我们获得了随机超导量子比特与传输线谐振器之间理想的耦合。此外，我们的协议可以通过目前的实验技术来实现。
2011-10-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
Radio-Frequency Detection of Fabry-Pérot Interference and Quantum Capacitance in Long-Channel Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2 Nanowires
DGIST（大邱科学技术院）；Department of Physics and Chemistry, DGIST（大邱科学技术院物理化学系）；Department of Physics Education, Chosun University（朝鲜大学物理教育系）；Institute of Well-Aging Medicate & CSU G-LAMP Project Group（健康老龄化医学研究所及CSU G-LAMP项目组）；Department of Advanced Materials Chemistry, Korea University（韩国大学先进材料化学系）；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）；Electrical and Computer Engineering, National University of Singapore（新加坡国立大学电气与计算机工程系）；Department of Physics, University of Basel（巴塞尔大学物理系）；Institute of next generation semiconductor technology (INST), DGIST（大邱科学技术院下一代半导体技术研究所）；Department of Interdisciplinary Engineering, DGIST（大邱科学技术院交叉工程学科）
本文通过直流输运与片上超导 LC 谐振器射频反射测量，在长沟道 Cd3As2 纳米线中观测到法布里-珀罗干涉和量子电容振荡，证明弹道输运并展示射频方法在拓扑量子器件中的应用潜力。
2025-09-21 cond-mat.mes-hall
On the Validity and Applicability of Models of Negative Capacitance and Implications for MOS Applications
在栅叠层中或与栅串联铁电层的MOSFET中，室温亚60 mV/dec亚阈值斜率（SS）的观测引起了广泛的关注。最近，我们模拟了这种效果的FE偏振开关模型的框架。然而，有大量的文献将这种效应归因于FE中准静态（QS）负电容（NC）的稳定。稳定的非开关（NS）QSNC模型与FE开关模型的技术含义有很大不同;由于速度限制和开关功耗，后者排除了60 mV/dec以下SS缩放CMOS的应用。在这封信中，我们提供了一个全面的分析，评估QSNC模型的基础，确定哪些特定的假设（假设）可能是不可能的或非物理的，并分析其适用性。我们表明，这是不合理的预期QSNC串联连接的两个单独的电容器（与电介质（DE）和FE层之间的金属板）。我们提出了一个模型，澄清在何种条件下，可以观察到的FE层的FE-DE双层堆叠的QS“表观NC”，量化的要求，强界面极化耦合，除了电容匹配。在这种情况下，我们的模型表明FE层不表现为NC层，简单地说，耦合导致DE和FE表现为具有相似介电常数的高k DE。这可能对缩放的EOT器件有用，但不会导致低于60 mV/dec SS。
2018-07-26 cond-mat.mes-hall
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
Combined electrical transport and capacitance spectroscopy of a ${\mathrm{MoS_2-LiNbO_3}}$ field effect transistor
我们测量了$\mathrm{MoS_2-LiNbO_3}$场效应晶体管的电流-电压（$V_\mathrm{GS}$）和电容-电压（$C$）特性。从测得的电容，我们计算出的电子表面密度，并表明，其栅电压的依赖关系如下的理论预测从二维自由电子模型。该模型允许我们在$V_\mathrm{GS}$的\emph{entire range}上拟合测量的$I_\mathrm{SD}$-$V_\mathrm{GS}$特性。结合这个实验结果与测量的电流-电压特性，我们确定了场效应迁移率作为栅极电压的函数。我们表明，对于我们的设备，这种改进的组合方法产生显着更小的值（超过4倍）的电子迁移率比传统的分析的电流-电压特性。
2017-01-02 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Shot noise induced charge and potential fluctuations of edge states in proximity of a gate
我们评估RC-时间的边缘状态电容耦合到一个门位于远离QPC，允许边缘通道的部分传输。在长时间或低频率下，RC时间控制电荷和电流的弛豫，并控制平衡静电势的波动。介观结构中的RC时间由取决于边缘态的态密度的电化学电容和电荷弛豫电阻确定。在非平衡情况下，在存在传输的情况下，散粒噪声导致栅极附近的电荷波动，其再次由平衡电化学电容确定，但具有新的电阻。多个边缘状态的情况下进行了讨论，并对这些电阻的失相电压探针的效果进行了研究。由这些电容和电阻表征的电势波动是令人感兴趣的，因为它们决定了库仑耦合介观导体中的退相速率。
1999-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
A simple variational method for calculating energy and quantum capacitance of an electron gas with screened interactions
我们描述了一个变分过程计算的电子气的能量，其中的远程库仑相互作用被截断附近的金属栅极的屏蔽效应。我们使用这个程序来计算系统的量子电容作为电子密度和自旋极化的函数。该方法的准确性进行了验证，对公布的蒙特卡洛数据。结果与最近的一项实验相比是有利的。
2010-09-28 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
Spin-orbit controlled quantum capacitance of a polar heterostructure
具有极性膜的氧化物异质结构显示出特殊的电子性质，例如在其内部界面处的电子重构和二维金属态的形成。此外，来自极性层的电场是反转对称性破缺的，并在界面电子系统中产生Rashba自旋轨道耦合（RSOC）。我们研究了异质结构的量子电容，其中金属界面处的相当大的RSOC由表面电极的电场控制。这种结构例如由SrTiO_3衬底上的LaAlO_3膜给出，其由顶部电极选通。这样的异质结构可以表现出其电容的强烈增强[Li等人，Science 332，825（2011）]。电容与异质结构的电子可压缩性有关，但两者并不等价。事实上，电荷转移到界面控制电容和压缩性之间的关系。我们发现，由于一个强大的RSOC，量子电容可以大于经典的几何值。然而，与最近的研究结果相反[Caprara等人，物理修订版信函109，196401（2012）; Bucheli等人，Phys.Rev.B89，195448（2014）; Seibold等人，欧罗巴Lett. 109，17006（2015）]的压缩性并没有成为负的实际参数值的LaAlO_3/SrTiO_3，因此，我们发现，没有相分离状态诱导的强RSOC在这些界面。
2015-02-16 cond-mat.mes-hall
Triangulating tunneling resonances in a point contact
我们观察到共振隧穿在硅分裂栅点接触注入锑和定义在自对准多晶硅双栅增强模式的Si-MOS器件结构。我们确定哪些谐振是可能的候选人通过锑供体，而不是无意的无序诱导电位使用电容三角测量运输。我们确定了从谐振特征到每个导电栅和源/漏二维电子气区的电容。在我们的器件几何结构中，这些电容提供了关于三维谐振位置的信息。电容的半经典静电模拟，已经用于映射量子点的大小和位置，确定位置和限制电位大小的组合，满足我们的实验观察。模拟的位置和大小的敏感性，使我们能够三角测量可能的位置与纳米分辨率的谐振水平。我们讨论了我们的结果，以及它们如何适用于共振隧穿通过一个单一的捐助者。
2011-07-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Large capacitance enhancement and negative compressibility of two-dimensional electronic systems at LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ interfaces
在氧化物界面处形成的新型电子系统包括具有广泛潜在应用的一类新材料。在LaAlO $_3$ /SrTiO $_3$界面处形成高迁移率电子系统，并且引人注目地，既超导又显示滞后磁电阻的迹象。器件应用的一个重要步骤是建立通过门改变电子系统的电子电导率的能力。我们在导电界面上制作了金属顶栅，以改变界面处的电子密度。通过监测电容和电场穿透，我们能够调整载流子密度，并确定我们可以用小电压完全耗尽金属界面。此外，在低载流子密度下，电容显著增强超过结构的几何电容。在同一低密度区，金属界面屏蔽了外电场。我们把这些观测结果归因于电子系统在界面处的负可压缩性。以前在半导体二维电子系统中也观察到类似的现象。观察到的可压缩性的结果是一致的界面包含一个系统的移动电子在两个维度。
2010-07-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Topological Surface Charge Detection via Active Capacitive Compensation: A Pathway to the 4D Quantum Hall Effect
Tsinghua University（清华大学）；Peking University（北京大学）；ShanghaiTech University（上海科技大学）
通过主动电容补偿技术，实现对拓扑表面电荷的检测，为直接测量四维量子反常霍尔效应提供新途径。
2026-08-27 cond-mat.mes-hall
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
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
Radio-frequency C-V measurements with sub-attofarad sensitivity
我们演示了使用射频（rf）谐振器来测量场效应晶体管配置中的纳米级半导体器件的电容。射频谐振器连接到器件的栅极或引线上。因此，调整器件导电通道中的载流子密度会影响谐振频率，定量地反映其电容。我们测试的测量方法在InSb和InAs纳米线在稀释制冷温度。测量的电容与从在相同器件中实现的量子点的库仑阻塞的周期性推断的电容一致。在采用片外超导螺旋电感实现的谐振器中，我们发现在1~kHz测量带宽下灵敏度值低至75~zF/ $\sqHz$，在1~Hz带宽下噪声低至0.45~aF。我们估计的灵敏度的方法为其他一些实现。特别是，我们预测的典型灵敏度约为40 zF/ $\sqHz$在室温下与现成的组件组成的谐振器。在几个建议的应用中，我们展示了两个：用单个谐振器测量几个相同的80 nm宽的栅极的电容，以及用原位测量的栅极电容测量单个纳米线的场效应迁移率。
2021-10-07 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
