Ionic memcapacitive effects in nanopores.
Ionic memcapacitive effects in nanopores.
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DOI：
10.1021/nl1014734
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发表时间：
2010-07-14
期刊：
影响因子：
10.8
通讯作者：
Di Ventra M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Krems M;Pershin YV;Di Ventra M
通过分子动力学模拟，我们发现，在周期性外电场作用下，离子溶液中的纳米孔在不同的频率和电场强度下表现为具有记忆功能的电容器。最重要的是，该电容的磁滞回线显示出负电容和发散电容作为电压的函数。产生这种效应的原因是由于离子在水中的迁移率有限，离子溶液的极化率很慢。我们开发了一个微观量化模型，该模型捕捉了我们在模拟中观察到的主要特征，并建议对我们的预测进行实验测试。我们还提出了一种可能的记忆机制，这是由于离子通过纳米孔本身的传输，这可能是在较小的频率下观察到的。这些效应可能在使用纳米孔的DNA测序方案中都很重要，也可能在神经元的动作电位动力学中发挥重要作用。
Using molecular dynamics simulations, we show that, when subject to a periodic external electric field, a nanopore in ionic solution acts as a capacitor with memory (memcapacitor) at various frequencies and strengths of the electric field. Most importantly, the hysteresis loop of this memcapacitor shows both negative and diverging capacitance as a function of the voltage. The origin of this effect stems from the slow polarizability of the ionic solution due to the finite mobility of ions in water. We develop a microscopic quantitative model which captures the main features we observe in the simulations and suggest experimental tests of our predictions. We also suggest a possible memory mechanism due to the transport of ions through the nanopore itself, which may be observed at small frequencies. These effects may be important in both DNA sequencing proposals using nanopores and possibly in the dynamics of action potentials in neurons.
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影响因子：
3.4
作者：
Krems, Matt;Zwolak, Michael;Di Ventra, Massimiliano
通讯作者：
Di Ventra, Massimiliano
影响因子：
3.3
作者：
Koneshan, S;Rasaiah, JC;Lee, SH
通讯作者：
Lee, SH
影响因子：
3.4
作者：
Aksimentiev, A;Schulten, K
通讯作者：
Schulten, K
影响因子：
3.7
作者：
Martinez-Rincon, J.;Di Ventra, M.;Pershin, Yu V.
通讯作者：
Pershin, Yu V.
影响因子：
46.9
作者：
Branton, Daniel;Deamer, David W.;Marziali, Andre;Bayley, Hagan;Benner, Steven A.;Butler, Thomas;Di Ventra, Massimiliano;Garaj, Slaven;Hibbs, Andrew;Huang, Xiaohua;Jovanovich, Stevan B.;Krstic, Predrag S.;Lindsay, Stuart;Ling, Xinsheng Sean;Mastrangelo, Carlos H.;Meller, Amit;Oliver, John S.;Pershin, Yuriy V.;Ramsey, J. Michael;Riehn, Robert;Soni, Gautam V.;Tabard-Cossa, Vincent;Wanunu, Meni;Wiggin, Matthew;Schloss, Jeffery A.
通讯作者：
Schloss, Jeffery A.