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材料及化工

Nanodcal—最先进的电子输运性质计算软件

纳米器件的量子输运性质是物理学、化学、材料科学和工程上非常关注的性质。纳米器件的输运性质对材料的化学性质和元素类型非常敏感,同时对外电场和量子效应也很敏感。纳米器件的量子输运是典型的非线性、非平衡态性质,因此必须通过微观物理学来定量研究。

Nanodcal是目前最先进的基于第一性原理定量研究纳米器件电子输运性质的代码。输入纳米器件的原子构型,它就输出预测的量子输运性质,如电压-电流特性。其中DFT构造整个纳米器件的哈密顿量,NEGF进行非平衡量子统计构造电子密度矩阵。迄今为止Nanodcal已成功应用于很多重要研究课题中,并逐步推广到更广阔的量子输运性质研究领域。

Nanodcal采用赝势和原子轨道线性组合(LCAO)。它提供完整的、经过验证的赝势数据库和基函数。Nanodcal还提供工具包使用户可自行产生赝势和基函数(如果用户觉得有必要)。

Nanodcal是基于Matlab语言开发,数据密集计算部分采用C语言。Matlab-C组合保证Nanodcal的计算效率,是目前为止最为高效的LCAO代码。

研究对象:

Nanodcal本质上是解Kohn-Sham方程描述电子结构。与其他DFT计算软件的本质区别就是采用NEGF-DFT描述开放体系的量子输运性质。它善于描述的体系为:

孤立体系(如分子)和周期体系(如固体);

表面:slab结构和半无穷大结构;

NEGF-DFT处理两端或多端开放系统,可加偏压;

多极系统:NEGF-DFT处理4端系统;


外场:

外静电场(偏压和门电压)

外交变电压


自旋:

处理共线性、共平面和非共线性自旋极化计算;


哈密顿量:

计算哈密顿量方法有Harris-DFT、DFT和NEGF-DFT,交换关联能的方法有LDA、各种GGA和LDA+U。

用户可以把自己的哈密顿量整个用于Nanodcal中进行物性和输运的计算.

用户可以向Nanodcal中的哈密顿量加入自己的外势,再进行物性和输运的计算.


电声相互作用:

非平衡和电流调价下计算电声相互作用。


结构弛豫:

DFT总能计算方法处理结构优化。


计算性质:

孤立体系、周期体系和两端或多端开放体系的电子结构;

自洽的非平衡密度矩阵和哈密顿量;

电荷和自旋分析;

态密度(DOS),分波和局域态密度DOS;

散射态密度(DOSS),分波和局域散射态密度DOSS;

器件的压降分布;

透射系数随电子能量和偏压变化;

电导、电阻和磁电阻;

交流电导;

散射矩阵;

能带结构和复能带结构;

非线性电流电压特性;

散射态和其在实空间投影;

有限温度在费米能级展宽效应;

共线性和非共线性自旋极化计算;

自旋轨道耦合;

电子相关能处理(LDA+U);

总能、力和应力;

即将发布新功能:

稳态或瞬态AC电流;

电容;

AC 偏压,包括库伦能;

Noise;

热电;

电声耦合强度


扩展性:

API使用户SCF过程中可添加、替代、改变势能;

API使用户可添加、替代、改变计算方法;

API使用户输入新的Hamiltonian量;

API使用户把Nanodcal整合到其它软件中;


系统要求:

Matlab r14sp3版本以上;

并行版需要MPICH2或OpenMPI; (可在相关网站免费下载)

支持MS-Windows和Linux;

Nanodcal使用户专注于物理问题的思考上,在科学前沿和工程领域得到准确的预测结果。