异质石墨烯纳米孔电势阱离子导通性

纳米流体电晕体通常需要超过1伏特的栅极电压且仅在亚毫摩尔离子浓度下工作，限制了其生物相容性应用。我们展示由单颗亚10纳米纳米孔钻制成的石墨烯异质结构电晕体，内部栅极电极采用少层石墨烯制成。该器件在0.3伏特栅极电压下实现10倍电流调制（10 mM KCl），在接近生理的100 mM KCl下实现2倍调制。无栅极时的基线电导表明在100 mM以下KCl浓度下表现为表面电荷主导的传输，符合负电荷hBN壁面及孔径为5纳米的特征。表面电荷及由三电极配置引入的电化学不对称性决定器件行为：负栅极电压（VG）富集离子浓度并增强电流，而正VG诱导局部耗尽区抑制传输。栅极电压对电流的调制取决于跨膜电位的极性，导致离子电流整流。分子动力学模拟显示，hBN石墨烯hBN堆栈中纳米孔的介面水相对介电常数受约束和表面电荷影响显著抑制。采用径向分布的介面水介电常数连续模型再现了非对称IV特性，解释了内置栅极如何塑造局部电势和离子浓度。通过实现低于0.5伏特的控制在最高100 mM盐浓度下的离子传输，这些器件解决了纳米流体学中的关键瓶颈，为低功耗离子电路和生物感测开辟了路径。