Large capacitance enhancement and negative compressibility of two-dimensional electronic systems at LaAlO3_3/SrTiO3_3 interfaces

Novel electronic systems forming at oxide interfaces comprise a class of new materials with a wide array of potential applications. A high mobility electron system forms at the LaAlO$_3$/SrTiO$_3$ interface and, strikingly, both superconducts and displays indications of hysteretic magnetoresistance. An essential step for device applications is establishing the ability to vary the electronic conductivity of the electron system by means of a gate. We have fabricated metallic top gates above a conductive interface to vary the electron density at the interface. By monitoring capacitance and electric field penetration, we are able to tune the charge carrier density and establish that we can completely deplete the metallic interface with small voltages. Moreover, at low carrier densities, the capacitance is significantly enhanced beyond the geometric capacitance for the structure. In the same low density region, the metallic interface overscreens an external electric field. We attribute these observations to a negative compressibility of the electronic system at the interface. Similar phenomena have been observed previously in semiconducting two-dimensional electronic systems. The observed compressibility result is consistent with the interface containing a system of mobile electrons in two dimensions.Comment: 4 figures in main text; 4 figures in the supplemen

MIKSER MIKROFALOWY NA PROSTOKĄTNYCH FALOWODACH CZĘŚCIOWO WYPEŁNIONYCH DIELEKTRYKIEM

The article investigates and calculates the characteristics of microwave mixers on rectangular waveguides partially filled by dielectric. Presents diagrams of promising combined microwave radio engineering systems - two options for constructing mobile digital troposcatter-radiorelay stations, the antenna-feeder paths of which are implemented on rectangular waveguides partially filled by dielectric. At research of microwave mixers, suppression and the use of the mirror frequency are taken into account. The analysis of researches of microwave mixers is carried out. The design of a balanced-type microwave mixer based on rectangular waveguides partially filled by dielectric is developed. The mixer is used to convertion the microwave signal into an intermediate frequency signal. The signal conversion of the mixers takes place on the non-linear active resistance of the semiconductor diode. In article, an open nonlinear structure is used as such a diode. The following main parameters of microwave mixers are investigated: conversion losses, noise factor, operating frequency band, signal suppression at the mirror frequency. The conversion losses are determined for various mirror channel suppression conditions. Phase methods of mirror frequency suppression are considered, which are most suitable for the waveguide implementation of microwave mixers. A scheme of a microwave mixer of a balance type with a phase method for suppressing the mirror frequency is presented. The article notes that for significant suppression of the mirror frequency of more than 30 dB, a double frequency conversion mixer is used. A diagram of a slotted bridge based on rectangular waveguides partially filled by dielectric is presented. The dependences of the input impedance of the mixer, the impedance of the mixer at the intermediate frequency, the impedance of the mixer at the mirror frequency by the power of the local heterodyne are plotted.  W artykule zbadano i obliczono charakterystyki mieszaczy mikrofalowych na falowodach prostokątnych częściowo wypełnionych dielektrykiem. Przedstawiono schematy obiecujących połączonych mikrofalowych systemów inżynierii radiowej – dwóch opcji budowy mobilnych cyfrowych troposferycznych stacji radiowych, których tory antenowo-zasilające są realizowane na prostokątnych falowodach częściowo wypełnionych dielektrykiem. W badaniach mieszaczy mikrofalowych uwzględniono tłumienie i wykorzystanie częstotliwości lustrzanej. Przeprowadzono analizę badań mieszaczy mikrofalowych. Opracowano projekt mieszacza mikrofalowego typu zrównoważonego opartego na prostokątnych falowodach częściowo wypełnionych dielektrykiem. Mieszacz służy do konwersji sygnału mikrofalowego na sygnał o częstotliwości pośredniej. Konwersja sygnału mieszacza odbywa się na nieliniowej rezystancji czynnej diody półprzewodnikowej. W artykule jako taką diodę zastosowano otwartą strukturę nieliniową. Badane są następujące główne parametry mieszaczy mikrofalowych: straty konwersji, współczynnik szumów, pasmo częstotliwości roboczej, tłumienie sygnału na częstotliwości lustrzanej. Straty konwersji są określane dla różnych warunków tłumienia kanału lustrzanego. Rozważono fazowe metody tłumienia częstotliwości lustrzanej, które są najbardziej odpowiednie do falowodowej implementacji mieszaczy mikrofalowych. Przedstawiono schemat mieszacza mikrofalowego typu balansowego z fazową metodą tłumienia częstotliwości lustrzanej. W artykule zauważono, że w celu znacznego tłumienia częstotliwości lustrzanej o ponad 30 dB stosuje się mieszacz z podwójną konwersją częstotliwości. Przedstawiono schemat mostka szczelinowego opartego na prostokątnych falowodach częściowo wypełnionych dielektrykiem. Wykreślono zależności impedancji wejściowej mieszacza, impedancji mieszacza dla częstotliwości pośredniej, impedancji mieszacza dla częstotliwości lustrzanej od mocy lokalnej heterodyny

Hybrid and modular multilevel converter designs for isolated HVDC–DC converters

Efficient medium and high-voltage dc-dc conversion is critical for future dc grids. This paper proposes a hybrid multilevel dc-ac converter structure that is used as the kernel of dc-dc conversion systems. Operation of the proposed dc-ac converter is suited to trapezoidal ac-voltage waveforms. Quantitative and qualitative analyses show that said trapezoidal operation reduces converter footprint, active and passive components' size, and on-state losses relative to conventional modular multilevel converters. The proposed converter is scalable to high voltages with controllable ac-voltage slope; implying tolerable dv/dt stresses on the converter transformer. Structural variations of the proposed converter with enhanced modularity and improved efficiency will be presented and discussed with regards to application in front-to-front isolated dc-dc conversion stages, and in light of said trapezoidal operation. Numerical results provide deeper insight of the presented converter designs with emphasis on system design aspects. Results obtained from a proof-of-concept 1-kW experimental test rig confirm the validity of simulation results, theoretical analyses, and simplified design equations presented in this paper. - 2013 IEEE.Scopu