Nanodcal如何搭建Al-C9H5NS2-Al 输运体系

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分子电子学3.2.2-3.2.2.3的内容。

3.2.2 搭建Al-C9H5NS2-Al 输运体系

（1）将固定Al电极只驰豫分子的结构导入到 DeviceStudio 中，点击 Convert to Device ，由于输运方向是Y，所以我们选中 Bottom 和 Top 电极；

图 3-40:

（2）生成 Nanodcal 的输入文件: Simulator — Nanodcal — SCF Calculation ；

图 3-41:

（3）根据自己需要选择参数设置，点击 Generate files 生成相应文件夹，该文件夹包含2个电极和器件的子目录（其中input文件包含自洽参数和原子结构数据）；图 3-42:

3.2.2.1. 计算模型

用户可参考第一部分Device Studio建模的过程自行搭建结构。图2-5给出的是本章将要计算的模型，即Al-C9H5NS2-Al分子输运体系，这种结构是一个由左电极、中心区和右电极三个部分组成的双电极体系。其输运方向为y方向，左右电极都是Al纳米线，中心散射区包含缓冲层和C9H5NS2分子或者 C9H5NS2-H+/ C9H5NS2-K+。Al-C9H5NS2-Al体系中C9H5NS2分子以及C9H5NS2-H+/ C9H5NS2-K+的结构驰豫在这里不详细展开，有兴趣的用户可以自行进行计算，下文中所进行的计算使用的都是驰豫之后的原子位置（驰豫之后的原子信息见附录8，9，10）。

图 3-43 (a)、(b)、(c)分别为control体系（只包含C9H5NS2），C9H5NS2-H+体系，C9H5NS2-K+体系的结构示意图

3.2.2.2. 自洽计算

A．电极的自洽计算

（1）准备输入文件：参数文件 scf.input ；基组文件 Al_LDA-DZP.nad 。

（2）自洽计算：连接服务器（请参见Device Studio的工具栏中help→help Topic→7.应用实例→7.1Nanodcal实例）在选择服务器后，选中 scf.input 右击 run 。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。

B. 中心区的自洽计算 （1）准备输入文件：参数文件 scf.input ；基组文件 Al_LDA-DZP.nad 、 C_LDA-DZP.nad 、 H_LDA-DZP.nad 、 S_LDA-DZP.nad 和 N_LDA-DZP.nad 。

（2）自洽计算：连接服务器（请参见Device Studio的工具栏中help→help Topic→7.应用实例→7.1Nanodcal实例）在选择服务器后，选中 scf.input 右击 run 。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。

3.2.2.3. 势分布计算

（1）准备输入文件 potential.input

（2）势分布计算：见本节自洽计算

（3）查看屏蔽效应

在计算输运体系的时候，delta hartree potential 的势函数是我们用来判断缓冲层是否足够的标准，只需将 calculation.potential.whatPotential 参数设置为’Vdh’，计算结束后，会产生以下输出文件： CoulombPotential.mat 。在potential文件夹下，运行 plot_potential.m ，命令窗口输入：

脚本内容为：

运行之后会产生势函数沿输运方向分布的图，如图 3-44所示，沿着输运方向左右两边的势较为平坦，这说明体系的缓冲层是足够的。在输运计算中缓冲层的测试是很重要的一个环节。

图 3-44 势函数沿输运方向y分布的图　　

      审核编辑：彭静