基于密度泛函理论的非平衡态计算

Nanodcal是一款基于非平衡态格林函数-密度泛函理论（NEGF - DFT）的第一性原理计算软件，主要用于模拟器件材料中的非线性、非平衡的量子输运过程，是目前国内拥有自主知识产权的基于第一性原理的输运软件。可预测材料的电流 - 电压特性、电子透射几率等众多输运性质。

迄今为止，Nanodcal 已成功应用于1维、2维、3维材料物性、分子电子器件、自旋电子器件、光电流器件、半导体电子器件设计等重要研究课题中，并将逐步推广到更广阔的电子输运性质研究的领域。

本期将给大家介绍Nanodcal半导体器件3.1.2.1-3.1.2.3 的内容。

3.1.2. 非平衡态计算

3.1.2.1. 自洽计算

在平衡态的中心区目录下建立 1.6v 的偏压自洽输入文件，进行非平衡态的自洽计算，计算步骤见1.1.2.3中心区自洽计算步骤。 nscf.input 文件如下：

等待计算完毕后点击 jobManager 所示界面中的 Action 下的 下载 按钮下载 NanodcalObject.mat 文件。

3.1.2.2. IV曲线计算

（1）建立nanodcal计算IV曲线的输入文件，如下：

Simulator → Nanodcal → Analysis → IVcurve →->→ Generate file 。

参数默认，产生能带计算的输入文件 IVcurve.input ，同样，右击 打开 open with，可查看，如下：

（2）IV曲线计算：与自洽计算步骤一样，选中 IVcurve.input 右击 run 。

等待计算完毕后点击 Job Manager 所示界面中的 Action 下的下载按钮下载 CurrentVoltageCurves.mat 、 CurrentVoltageCurves.fig 、 CurrentVoltageCurves.xml 文件。

（3）依次对偏压0.2V，0.4V，0.6V，0.8V，1.6V，-0.2V，-0.4V的体系进行电流计算，算出数据如下：

3.1.2.3. 投影局域态密度计算

（1）在中心区的计算目录下准备输入文件： DensityOfStates.input , Simulator → Nanodcal → Analysis → DensityOfStates →->→ Generatefile 。参数设置如下：

（2）连接Nanodcal服务器计算：见1.2.1.1做电极的自洽计算。

根据计算需要设置节点等参数后点击 save 按钮保存相应的 pbs 脚本，然后点击 run 进行计算。

等待计算完毕后点击 JobManager 所示界面中的 Action 下的下载按钮下载 DensityOfStates.mat 、 DensityOfStates.fig 、DensityOfStates.xml 文件。

（3）可视化

在DeviceStudio的 ProjectExplorer 区域选中计算结果文件 DensityOfStates.xml → 右击 → ShowView ，如下图：

图 3-12：

和零偏压相比，-1.5 eV 处的共振分裂成了两个，分别位于 -0.8 和 -2 eV ，这个现象在透射谱上也可以看到。此外，我们还可以注意到 -0.8 的峰接近右侧电极，-2.0 eV 处的峰接近左侧电极。这种分裂来源于分子区域的电势降落（有外加偏压时）。　　

      审核编辑：彭静