Nanodcal石墨烯和碳納米管的熱電效應(yīng)

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石墨烯和其它1D/2D材料 4.5-4.5.1的內(nèi)容。

4.7. 碳納米管的熱電效應(yīng)

雖然原子核的質(zhì)量幾乎對(duì)原子的電子性質(zhì)沒(méi)有影響（至少在玻恩-奧本海默近似下），但是不同的同位素有不同的熱導(dǎo)性質(zhì)。尤其是在 [1~3]中，同位素?fù)诫s對(duì)一維納米結(jié)構(gòu)和納米管的性質(zhì)產(chǎn)生了很重要的影響。因此，研究碳納米管的部分發(fā)生同位素取代后熱導(dǎo)性質(zhì)的變化是非常有趣的 [4]。在本教程中，你將研究環(huán)狀 14C 摻雜對(duì)碳納米管的影響，尤其需要計(jì)算電子透射譜、聲子透射譜、熱導(dǎo)和熱電優(yōu)值ZT。

本教程碳納米管的模型結(jié)構(gòu)如下：

4.7.1 DeviceStudio構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)

(1)打開(kāi)DeviceStudio，新建目錄CNT。

(2)從數(shù)據(jù)庫(kù)中導(dǎo)入CNT，并修改名稱為electron_CNT，坐標(biāo)文件如下：

(3)擴(kuò)抱3倍，點(diǎn)擊Build→Redefine Crystal→Build,并修改名稱phonon_CNT如下圖所示：

圖 4-43：CNT擴(kuò)抱界面圖

(4)建立nanodcal聲子自洽計(jì)算所需的輸入文件,(用擴(kuò)胞后的結(jié)構(gòu))如下：

Simulator→Nanodcal→SCFCalculation→Generatefile。設(shè)置參數(shù)K點(diǎn)改成1 1 3，然后點(diǎn)擊Generatefile。其他參數(shù)默認(rèn)。產(chǎn)生自洽計(jì)算的輸入文件scf.input及基組文件C_LDA-DZP.nad右擊打開(kāi)openwith，可查看，如下。

4.7.2 電子自洽及能帶計(jì)算

自洽計(jì)算：連接服務(wù)器（請(qǐng)參見(jiàn)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。

能帶計(jì)算：

（1）準(zhǔn)備nanodcal計(jì)算聲子譜的輸入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→Analysis→BandStructure→Generatefile。參數(shù)默認(rèn)，產(chǎn)生能帶計(jì)算的輸入文件BandStructure.input，如下：

（2）與自洽計(jì)算一樣選中BandStructure.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BandStructure.mat、BandStructure.fig、BandStructure.xml文件。

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