Nanodcal如何搭建Al-C9H5NS2-Al 輸運(yùn)體系

Nanodcal是一款基于非平衡態(tài)格林函數(shù)-密度泛函理論（NEGF - DFT）的第一性原理計(jì)算軟件，主要用于模擬器件材料中的非線性、非平衡的量子輸運(yùn)過(guò)程，是目前國(guó)內(nèi)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于第一性原理的輸運(yùn)軟件?？深A(yù)測(cè)材料的電流 - 電壓特性、電子透射幾率等眾多輸運(yùn)性質(zhì)。

迄今為止，Nanodcal 已成功應(yīng)用于1維、2維、3維材料物性、分子電子器件、自旋電子器件、光電流器件、半導(dǎo)體電子器件設(shè)計(jì)等重要研究課題中，并將逐步推廣到更廣闊的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究的領(lǐng)域。

本期將給大家介紹Nanodcal分子電子學(xué)3.2.2-3.2.2.3的內(nèi)容。

3.2.2 搭建Al-C9H5NS2-Al 輸運(yùn)體系

（1）將固定Al電極只馳豫分子的結(jié)構(gòu)導(dǎo)入到DeviceStudio中，點(diǎn)擊Convert to Device，由于輸運(yùn)方向是Y，所以我們選中Bottom和Top電極；

圖 3-40:

（2）生成Nanodcal的輸入文件:Simulator—Nanodcal—SCF Calculation；

圖3-41:

（3）根據(jù)自己需要選擇參數(shù)設(shè)置，點(diǎn)擊Generate files生成相應(yīng)文件夾，該文件夾包含2個(gè)電極和器件的子目錄（其中input文件包含自洽參數(shù)和原子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)）；圖 3-42:

3.2.2.1. 計(jì)算模型

用戶可參考第一部分Device Studio建模的過(guò)程自行搭建結(jié)構(gòu)。圖2-5給出的是本章將要計(jì)算的模型，即Al-C9H5NS2-Al分子輸運(yùn)體系，這種結(jié)構(gòu)是一個(gè)由左電極、中心區(qū)和右電極三個(gè)部分組成的雙電極體系。其輸運(yùn)方向?yàn)閥方向，左右電極都是Al納米線，中心散射區(qū)包含緩沖層和C9H5NS2分子或者 C9H5NS2-H+/ C9H5NS2-K+。Al-C9H5NS2-Al體系中C9H5NS2分子以及C9H5NS2-H+/ C9H5NS2-K+的結(jié)構(gòu)馳豫在這里不詳細(xì)展開，有興趣的用戶可以自行進(jìn)行計(jì)算，下文中所進(jìn)行的計(jì)算使用的都是馳豫之后的原子位置（馳豫之后的原子信息見附錄8，9，10）。

圖 3-43 (a)、(b)、(c)分別為control體系（只包含C9H5NS2），C9H5NS2-H+體系，C9H5NS2-K+體系的結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2.2. 自洽計(jì)算

A．電極的自洽計(jì)算

（1）準(zhǔn)備輸入文件：參數(shù)文件scf.input；基組文件Al_LDA-DZP.nad。

（2）自洽計(jì)算：連接服務(wù)器（請(qǐng)參見Device Studio的工具欄中help→help Topic→7.應(yīng)用實(shí)例→7.1Nanodcal實(shí)例）在選擇服務(wù)器后，選中scf.input右擊run。等待計(jì)算完畢后點(diǎn)擊JobManager所示界面中的Action下的下載按鈕下載NanodcalObject.mat文件。

B. 中心區(qū)的自洽計(jì)算 （1）準(zhǔn)備輸入文件：參數(shù)文件scf.input；基組文件Al_LDA-DZP.nad、C_LDA-DZP.nad、H_LDA-DZP.nad、S_LDA-DZP.nad和N_LDA-DZP.nad。

（2）自洽計(jì)算：連接服務(wù)器（請(qǐng)參見Device Studio的工具欄中help→help Topic→7.應(yīng)用實(shí)例→7.1Nanodcal實(shí)例）在選擇服務(wù)器后，選中scf.input右擊run。等待計(jì)算完畢后點(diǎn)擊JobManager所示界面中的Action下的下載按鈕下載NanodcalObject.mat文件。

3.2.2.3. 勢(shì)分布計(jì)算

（1）準(zhǔn)備輸入文件potential.input

（2）勢(shì)分布計(jì)算：見本節(jié)自洽計(jì)算

（3）查看屏蔽效應(yīng)

在計(jì)算輸運(yùn)體系的時(shí)候，delta hartree potential的勢(shì)函數(shù)是我們用來(lái)判斷緩沖層是否足夠的標(biāo)準(zhǔn)，只需將calculation.potential.whatPotential參數(shù)設(shè)置為’Vdh’，計(jì)算結(jié)束后，會(huì)產(chǎn)生以下輸出文件：CoulombPotential.mat。在potential文件夾下，運(yùn)行plot_potential.m，命令窗口輸入：

腳本內(nèi)容為：

運(yùn)行之后會(huì)產(chǎn)生勢(shì)函數(shù)沿輸運(yùn)方向分布的圖，如圖 3-44所示，沿著輸運(yùn)方向左右兩邊的勢(shì)較為平坦，這說(shuō)明體系的緩沖層是足夠的。在輸運(yùn)計(jì)算中緩沖層的測(cè)試是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

圖 3-44 勢(shì)函數(shù)沿輸運(yùn)方向y分布的圖