基于密度泛函理論的非平衡態(tài)計(jì)算

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)過程，是目前國內(nèi)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于第一性原理的輸運(yùn)軟件。可預(yù)測材料的電流 - 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半導(dǎo)體器件3.1.2.1-3.1.2.3的內(nèi)容。

3.1.2. 非平衡態(tài)計(jì)算

3.1.2.1. 自洽計(jì)算

在平衡態(tài)的中心區(qū)目錄下建立1.6v的偏壓自洽輸入文件，進(jìn)行非平衡態(tài)的自洽計(jì)算，計(jì)算步驟見1.1.2.3中心區(qū)自洽計(jì)算步驟。nscf.input文件如下：

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。

3.1.2.2. IV曲線計(jì)算

（1）建立nanodcal計(jì)算IV曲線的輸入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→Analysis→IVcurve→->→Generatefile。

參數(shù)默認(rèn)，產(chǎn)生能帶計(jì)算的輸入文件IVcurve.input，同樣，右擊打開open with，可查看，如下：

（2）IV曲線計(jì)算：與自洽計(jì)算步驟一樣，選中IVcurve.input右擊run。

等待計(jì)算完畢后點(diǎn)擊Job Manager所示界面中的Action下的下載按鈕下載CurrentVoltageCurves.mat、CurrentVoltageCurves.fig、CurrentVoltageCurves.xml文件。

（3）依次對偏壓0.2V，0.4V，0.6V，0.8V，1.6V，-0.2V，-0.4V的體系進(jìn)行電流計(jì)算，算出數(shù)據(jù)如下：

3.1.2.3. 投影局域態(tài)密度計(jì)算

（1）在中心區(qū)的計(jì)算目錄下準(zhǔn)備輸入文件：DensityOfStates.input,Simulator→Nanodcal→Analysis→DensityOfStates→->→Generatefile。參數(shù)設(shè)置如下：

（2）連接Nanodcal服務(wù)器計(jì)算：見1.2.1.1做電極的自洽計(jì)算。

根據(jù)計(jì)算需要設(shè)置節(jié)點(diǎn)等參數(shù)后點(diǎn)擊save按鈕保存相應(yīng)的pbs腳本，然后點(diǎn)擊run進(jìn)行計(jì)算。

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DensityOfStates.mat、DensityOfStates.fig、DensityOfStates.xml文件。

（3）可視化

在DeviceStudio的ProjectExplorer區(qū)域選中計(jì)算結(jié)果文件DensityOfStates.xml→右擊→ShowView，如下圖：

圖 3-12：

和零偏壓相比，-1.5 eV處的共振分裂成了兩個，分別位于-0.8和-2 eV，這個現(xiàn)象在透射譜上也可以看到。此外，我們還可以注意到-0.8的峰接近右側(cè)電極，-2.0 eV處的峰接近左側(cè)電極。這種分裂來源于分子區(qū)域的電勢降落（有外加偏壓時）。