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。可預(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 4.6-4.6.4的內(nèi)容。

4.6. 非共線自旋

非共線自旋體系是相當(dāng)普遍存在的，包含螺旋自旋（比如鉻），螺旋體，斜交自旋（比如錳氧化物）以及鐵磁材料中的疇壁。非共線自旋為電子態(tài)添加自旋量子數(shù)，并引入了一些更多的概念和可能性。本教程將在一個(gè)原子鏈上計(jì)算非共線自旋的電荷密度和透射譜。

4.6.1. 搭建一維C鏈模型

（1）雙擊圖標(biāo)“DeviceStudio快捷方式”打開(kāi)軟件；

（2）選擇Create a new Project→OK→文件名：C atomic chain，保存類(lèi)型：ProjectFiles(*.hpf)→保存即可；

（3）點(diǎn)擊Build→Crystal構(gòu)建晶格并添加C原子，其中a=b=15 ?，c=2.9 ?，α=β=γ=90°，C原子位于晶格中心，點(diǎn)擊Preview→Build，如圖：

圖 4-39：

（4）點(diǎn)擊Build→Redefine Crystal，在c方向上擴(kuò)胞18倍,Preview→Build；

（5）點(diǎn)擊按鈕Convert to Device，設(shè)置左右電極的長(zhǎng)度為-7和7，點(diǎn)擊Preview→Build，得到1D碳原子鏈器件模型，如圖：

（6）點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，設(shè)置參數(shù)并生成自洽計(jì)算所需的輸入文件。

（7）點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，設(shè)置參數(shù)并生成自洽計(jì)算所需的輸入文件。

4.6.2. 非線性自旋的自洽計(jì)算

（1）電極自洽計(jì)算

準(zhǔn)備基組文件:C_LDA-DZP.nad，左電極的輸入文件scf.input如下：

右電極的輸入文件scf.input中，將C原子的自旋旋轉(zhuǎn)120°，其它與左電極的相同 在Device Studio的Project窗口中，右擊scf.input，Run→Run即開(kāi)始自洽計(jì)算；

（2）中心區(qū)自洽 中心區(qū)的自旋旋轉(zhuǎn)角度在0°和120°之間，輸入文件scf.input如下：在Device Studio的Project窗口中，右擊scf.input,Run→Run即開(kāi)始自洽計(jì)算。

注意：一維C鏈自洽計(jì)算比較難收斂，這里先用Linear方法，再用Pulay方法。

4.6.3.電荷密度計(jì)算

（1）準(zhǔn)備輸入文件charge.input，如下：

（2）在Project窗口中，右擊charge.input，Run→Run即開(kāi)始計(jì)算。計(jì)算完成后，會(huì)產(chǎn)生以下輸出文件:Charge.mat

（3）弧度制轉(zhuǎn)化為角度（弧度=角度×π÷180°），待計(jì)算完畢后查看數(shù)據(jù)如下：

4.6.4.透射譜計(jì)算

（1）準(zhǔn)備輸入文件Transmission.input，如下：

（2）在Project窗口中，右擊Transmission.input,Run→Run即開(kāi)始計(jì)算；

（3）計(jì)算完成后，輸出文件Transmission.xml在Device Studio中可視化分析如圖：