Negative capacitance and instability at electrified interfaces: Lessons from the study of membrane capacitors

• Veröffentlicht in: Condensed Matter Physics
• Datum: 2005
• Hauptverfasser: Partenskii, M.B., Jordan, P.C.
• Format: Artikel
• Sprache: Englisch
• Veröffentlicht: Інститут фізики конденсованих систем НАН України 2005
• Online Zugang: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/119639
• Назва журналу: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Zitieren: Negative capacitance and instability at electrified interfaces: Lessons from the study of membrane capacitors / M.B. Partenskii, P.C. Jordan // Condensed Matter Physics. — 2005. — Т. 8, № 2(42). — С. 397–412. — Бібліогр.: 32 назв. — англ.

Various models leading to predictions of negative capacitance, C, are briefly
 reviewed. Their relation to the nature of electric control is discussed. We
 reconfirm that the calculated double layer capacitance can be negative under
 σ-control – an artificial construct that requires uniform distribution of
 the electrode surface charge density, σ. However, only the total charge q
 (or the average surface charge density σ) can be experimentally fixed in
 isolated cell studies (q-control). For those σ where C becomes negative
 under σ-control, the transition to q-control (i.e. relaxing the lateral change
 density distribution, fixing its mean value to σ) leads to instability of the uniform
 distribution and a transition to a non-uniform phase. As an illustration,
 a “membrane capacitor” model is discussed. This exactly solvable model,
 allowing for both uniform and inhomogeneous relaxation of the electrical
 double layer, helps to demonstrate both the onset and some important features
 of the instability. Possibilities for further development are discussed
 briefly. Представлено короткий огляд моделей, які передбачають негативну
 ємність C. Обговорюється роль цих моделей у явищі електричного
 контролю. Ми ще раз показуємо, що розрахункова ємність подвійного шару може бути негативною завдяки σ-контролю – штучній
 конструкції, яка вимагає однорідного розподілу густини поверхневого заряду електрода, σ. Разом з тим, тільки загальний заряд q (або усереднена густина поверхневого заряду σ) може бути
 експериментально зафіксованою при дослідженні ізольованої комірки (q-контроль), Для значень σ, де C стає від’ємною в умовах
 σ-контролю, перехід до q-контролю (тобто релаксація латеральної
 густини розподілу заряду шляхом фіксації її середнього значення
 до величини σ) веде до нестабільності однорідного розподілу і
 переходу до неоднорідної фази. В якості ілюстрації розглядається модель “мембранного конденсатора”. Ця точно розв’язувана
 модель допускає як однорідну, так і неоднорідну релаксацію і таким
 чином допомагає продемонструвати зародження і деякі важливі
 риси нестабільності. Коротко обговорюються можливості подальших досліджень.