纳米流控二极管中离子电流整流的 Poisson-Nernst-Planck 模型

我们研究了一种近期制备的双极纳米流控二极管的离子电流整流特性。该器件基于聚合物薄膜中一个圆锥形纳米孔,其孔壁内含有正、负带电区域之间的一个陡峭边界。一个采用 Poisson 方程与 Nernst-Planck 方程的半定量模型能够预测该体系中的电流-电压曲线以及离子浓度和电势分布。我们证明,在一定条件下,整流度——定义为相同电压但极性相反时记录到的电流之比——在电压范围 $\langle -2\,\text{V}, +2\,\text{V}\rangle$ 内可达到 1000 以上。我们还讨论了过渡区的厚度与位置对离子电流整流的影响,并证明整流度随所施加的电压而标度变化。