QuantumATK P-2019.03新版发布

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更新概要 密度泛函理论方法更新 材料性质分析模块新功能 动力学计算更新 计算性能提升 重新设计的计算脚本生成工具 全面提升的二维数据作图工具 其他更新  密度泛函理论方法更新 在平面波和LCAO基组的DFT计算中采用SCAN MetaGGA泛函,极大的提升了GGA和LDA在各种体系中的计算效果 Strongly Constrained and Appropriately Normed semi-local density functional 大幅改进能量计算(与LDA和GGA相比) 与完全非局域杂化泛函得到一样精度的结果,但是大大节省计算成本【[G.-X. Zhang et al., New J. Phys. 20, 063020 (2018)]】 可用于LCAO和PlaneWave计算 可以用于各种块材计算分析:优化结构、动力学模拟、动力学矩阵、哈密顿量导数、点缺陷分析、磁各向异性等等  平面波计算新增对多种材料性质分析工具的支持 光学谱,有效能带,投影能带(Fat Bandstructure),投影态密度、本征值 PlaneWave现在和LCAO支持的相同类型投影:自旋(上/下),自旋(x/y/z),原子位,原子组标签、元素、壳层、轨道等 使用Kerker预处理工具改进使用平面波DFT对片层(Slab)结构计算的收敛性 HSE杂化泛函与非共线/自旋轨道耦合联合使用 HSE杂化泛函计算速度提升 GGA PseudoDojo模守恒赝势现在支持非共线自旋轨道耦合;新增PseudoDojo LDA赝势 PAW方法:Projector-Augmented Wave method 可以使用比模守恒赝势更低的波函数截断(NC:30-40Ha;PAW:20Ha),大大提高计算速度 可以计算:总能、力、能带、态密度、声子能带和态密度、振动模式动力学矩阵、费米面、化学势、有效质量,等等 支持自旋极化计算 可选Generalized Davidson(默认)或PPCG方法解本征值 全面支持MPI并行 PAW数据:GPAW(默认)和JTH(包含镧系元素) 材料性质分析模块新功能 磁各向异性能量(MAE) 使用功能强大的study […]

QuantumATK亮点文章:Janus 二维材料用于高效光电池器件(Nano Lett. 2018)

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之前的文章(链接)介绍了在原子尺度上模拟光电池器件时考虑温度效应的方法[1],最近这种方法又被用于一种新的堆叠 Janus 光电池器件[2]。基于最新发现的二维材料MoSSe的超薄(0.5-1nm)器件可以产生的光电流和外量子效率(EQE)比 20-40 倍厚的硅基器件还要大。 这类 Janus 过渡金属二硫族化合物(TMD)是一种双侧不对称材料,跨平面的不对称性在二维材料平面的两侧产生了一个偶极,这个偶极可以多层堆叠。这样得到的“p–n结”可以用于分离在底层和顶层产生的电子(e-)和空穴(h+)载流子,载流子分别进入两侧的石墨烯电极中产生光电流。至关重要的是,石墨烯不会像金属电极一样屏蔽这种跨层的偶极。 使用 QuantumATK 的图形界面可以基于 TMD 创建堆叠Janus光电池器件。QuantumATK的第一原理DFT和DFT-NEGF 方法、光电流计算模块等可以用于计算能带、态密度、电子透射、输运通道、光电流密度等各种重要性质。文章报道的 Janus 光电池器件可以产生的光电流和外量子效率(EQE)比 20-40 倍厚的硅基器件还要大。此外作者还注意到,由于偶极的堆叠影响,器件在光子能量小于单层 Janus MoSSe 的带隙时也能产生光电流。作者建议也许可以使用 MoSSe Janus 层与硅薄膜结合来提高硅对低能量光子的吸收效果。作者还建议可以在光电应用领域里研究其他 Janus 二维材料(例如 CrSSe、ZrSSe 等)。 相关教程和讲座 文章中所用方法都在QuantumATK O-2018.06之后的版本实现,详见: Webinar on accurate atomistic simulations of solar-cell devices including temperature effects Tutorial on the photocurrent in a silicon p-n junction Tutorial on electron transport […]

QuantumATK P-2019.03新版在线发布会

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Synopsys 将举办QuantumATK P-2019.03新版在线发布会新功能推介会。 时间:2019年3月20日下午4点-5点(北京时间) 演讲人:Anders Blom, PhD and Umberto Martinez, PhD 欢迎参加。点击下面链接注册: 注册链接 QuantumATK P-2019.03将于2019年3月中旬正式发布,亮点功能: 新方法 MetaGGA SCAN 泛函 Time-stamped force-bias Monte Carlo 方法 Projector-Augmented Wave (PAW) 方法,用于 DFT PlaneWave 更快速 DFT和NEGF计算性能显著提升,特别是针对离子动力学(NEB,MD,结构优化,动力学矩阵) 经验力场计算MPI并行化 更方便 全新的脚本创建工具,支持更多自定义计算脚本功能 增强二维作图工具,支持复杂的作图编辑、创建合并作图,支持将预设作图格式用于新数据分析 新增分析工具:magnetic anisotropy energy, partial electron density, surface band structure, eigenvalues 运行基础环境升级至 Python 3 更多新功能等你来发现!  

QuantumATK亮点文章:理论计算与实验观测结合研究分子器件

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单分子器件一直是量子输运研究的前沿,如何可控的制备和测量单分子的导电性一直是实验上的巨大挑战,而基于DFT-NEGF方法的理论计算则为实验结果的解释、理解分子器件构效关系提供了有力的工具。2018年,北京大学的郭雪峰老师课题组发表的两篇文章分别报道了在不同的外加影响(电场、溶剂、温度)下分子结构变化和多个导电状态的关系。 这两项工作中的理论计算部分由中国科技大学李星星博士使用QuantumATK完成,以共同第一作者身份发表在《自然·通讯》杂志和《德国应用化学》杂志上。 《自然·通讯》[Nat. Commun. 9, 807 (2018)] 报道了基于实验研究不同溶剂、温度下的脲基嘧啶酮四重氢键二聚体的的电学多态信号, 运用理论计算揭示导致电导发生变化的本质原因是由电致氢迁移和内酰胺–内酰亚胺互变异构引起的异构化过程。相关新闻报道见北大官网:《自然•通讯》发表郭雪峰课题组在分子间作用力动力学研究中的重要进展)。 《德国应用化学》[Angew. Chem. Int. Ed. 57, 14026 (2018)] 报道了基于实验观测三苯基和六苯基单分子结在栅压下的双极电荷传输,运用理论计算揭示双极电荷传输特性是由于当栅极电压从负变为正时主导电子传输轨道从HOMO变为LUMO所致。新闻报道见北大官网:化学学院郭雪峰课题组在单分子场效应晶体管研究中取得重要进展)。 相关教程 所有文中所涉及的计算方法均在QuantumATK中提供,详见以下教程: 相关的中文教程列表 分子器件模拟 英文教程 Four tutorials on molecular electronics Tutorial on studying the electron transport properties of a graphene nanoribbon with a distortion 参考文献 Nat. Commun. 9, 807 (2018) Angew. Chem. Int. Ed. 57, 14026 (2018) 立即试用 […]

STD方法:高效快速的考虑非零温度下晶格振动对电子性质的影响

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概述 晶格振动(声子)对半导体电子态,尤其是光吸收和电子输运性质有重要影响,这种影响需要在计算电子性质时考虑电子–声子相互作用(电声耦合)来体现。通常采用第一原理方法进行此类计算都非常的耗时,很难实际应用。这里介绍一种高效快速的考虑电声耦合计算非零温度电子输运性质的方法:Special Thermal Displacement(STD)方法。   STD方法的原理 这种方法由Zacharias在2016年讨论固体光吸收性质时提出【1】,其基本思想是找到一个带有“平均原子位移”(即STD)的超胞结构来代替晶格振动引起的统计效应,进而包含晶格对带隙和光吸收行为的影响,下图可以明显的看到STD随温度的变化。   STD方法有效性以及如何得到STD的理论推导详见【1】。STD 方法已经包含在QuantumATK材料与器件模拟平台中,不仅可以用于块体材料模型,也可以用于器件模型。更多关于QuantumATK的介绍,请参见文末的教程和文章列表。   应用:半导体光吸收性质 文章【1】给出了几种带隙材料的光吸收计算结果,采用这种方法计算得到的半导体材料光吸收谱与实验非常一致。   应用:器件电子输运性质 文章【2】将STD方法应用在讨论半导体器件的非弹性电子输运现象中,也取得很好的效果。下图的计算结果显示,STD方法和传统的LOE或XLOE方法(微扰方法包含完全的电声耦合对电流的贡献,详见文末的案例教程和参考文献)给出了一致的非弹性电流。下图PLDOS的计算也给出了晶格温度(300K)对能带的影响。     应用:pn结与二维器件光电流 文章【3】将这种方法与光电流计算结合,研究了硅pn结的光电流和开路电压。光电流谱结果显示,STD方法可以很好的考虑非零的晶格温度效应。   对器件在光照情况下的伏安特性研究得到了器件的IV曲线和开路电压随温度的变化关系,用STD方法包含电声耦合效应给出了更接近实验数据的结果。     文章【4】用STD方法研究了如下的二维材料(MoSSe)堆叠形成的器件的光电流特性。   STD方法的优势 由于STD方法不需要计算哈密顿量对原子坐标的导数(dH/dR),因此可以节约大量的计算时间成本。下表显示使用QuantumATK对同一体系的计算时间。很明显,STD方法由于进行了更复杂的计算,因此比不包含电声耦合的计算要慢(实际计算时还可以选择更快的收敛方法)。但是,STD方法比得到一致结果的 LOE 方法还是要快很多。更重要的是STD方法对内存的需求小很多,因此在普通的节点上即可计算,而这里的LOE方法计算则是在超大内存的胖节点上完成的。   STD方法需要对体系进行一次动力学矩阵的计算,该计算是STD最耗时的部分。为此,QuantumATK中还包含了计算动力学矩阵的Wigner-Seitz近似方法,以避免使用耗时的有限位移超胞方法,可以大大加快动力学矩阵的计算速度。   案例教程 QuantumATK中包含了LOE、XLOE 和 STD等考虑电声耦合计算非弹性电流的方法以及光电流计算工具等: LOE/XLOE:https://docs.quantumwise.com/tutorials/inelastic_current_in_si_pn_junction/inelastic_current_in_si_pn_junction.html STD方法:https://docs.quantumwise.com/casestudies/std_transport/std_transport.html 光电流计算:https://docs.quantumwise.com/tutorials/photocurrent/photocurrent.html   参考文献 【1】STD方法原理与光吸收计算:Marios Zacharias and Feliciano Giustino. One-shot calculation of temperature-dependent optical spectra and phonon-induced […]

QuantumATK在线教程视频链接

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用于电子器件和表面结构弛豫的高效新框架(2018年12月12日) 讲座介绍: 培训中将介绍如何使用QuantumATK进行准确的结构弛豫: 学习如何使用NanoLab界面进行基于全自动Bulk Rigid Relaxation (BRR) 方法设置Optimize Device Configuration Study Object 的计算和结果可视化。 发现在输运方向上器件中心区域如何考虑的晶格扩张和收缩,以及局部原子弛豫。 新框架如何用于优化Ag(100)/Ag(111)界面的结构。 视频链接 太阳能电池的精确模拟以及光电性能的温度效应(2018年11月4日-5日) 讲座介绍: 介绍如何使用QuantumATK模拟太阳能电池: 如何设置光电流计算以及如何使用NanoLab图形界面分析结果 使用新的工具配合QuantumATK中的其他方法理解器件在光照下的特性 如何使用新工具搜索太阳能电池和发光二极管(LED)可用的新材料 视频链接 下载链接   使用全新的计算框架研究器件伏安特性(2018年10月4日) 讲座介绍: 介绍全新的计算流程处理框架Study Object 介绍IVCharacteristics在扫描偏压、栅压方面的应用,以及整理和分析结果数据 使用IVCharacteristics分析场效应管(FET)最重要的电子性能,如开关比、亚阈值斜率、DIBL、饱和电压等 重要特性 脚本自动断点续算 多级别并行 扩展更多电压点并自动合并数据 IVCharacteristics分析工具 视频链接 下载链接 QuantumATK O-2018.06新版网络发布会(附功能亮点)(2018年6月13-14日) 讲座介绍 正式发布的QuantumATK 材料模拟平台O-2018.06新版功能介绍免费在线会议。QuantumATK O-2018.06即将于六月初发布,这将是自2017年9月加入Synopsys公司后的首次新版发布。本次网络发布将重点介绍QuantumATK O-2018.06的新功能。 视频链接 下载链接 使用原子级别的无参数方法模拟材料中由声子限制的电子迁移率(2018年5月23-24日) 讲座介绍 讲座演示如何使用第一原理方法在原子尺度上模拟声子限制的电子迁移率,考察多种材料的声子限制的电子迁移率以进一步提高器件的电子性能。例如,将具体材料的计算结果与实验数据比较来确定是否需要进一步优化加工技术和器件设计才能增强器件性能。 视频链接 下载链接 使用QuantumATK在原子尺度上模拟电子器件中的界面(2018年2月27-28日) 讲座介绍 界面(比如金属-半导体界面),在尺寸越来越小的电子器件体系里起着越来越重要的作用。例如,在原子水平上理解金属-半导体界面接触电阻对调控器件接触电阻很有必要。关于使用QuantumATK模拟界面的更多介绍参见TCAD […]

免费在线讲座:用于电子器件和表面结构弛豫的高效新框架

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2018年12月12日,Synopsys QuantumATK团队将举办免费在线讲座,介绍用于电子器件和表面结构弛豫的高效新框架。   注册链接: 点击这里注册。   主讲人: Petr Khomyakov, PhD, Synopsys QuantumATK团队的高级应用工程师   时间: 2018年12月12日下午16点-16点30分 (注册时有两场时间可选,内容相同,可任选一场)   时长: 30分钟   内容: 培训中将介绍如何使用QuantumATK进行准确的结构弛豫:   学习如何使用NanoLab界面进行基于全自动Bulk Rigid Relaxation (BRR) 方法设置Optimize Device Configuration Study Object 的计算和结果可视化。 发现在输运方向上器件中心区域如何考虑的晶格扩张和收缩,以及局部原子弛豫。 新框架如何用于优化Ag(100)/Ag(111)界面的结构。   欢迎在讲座后的答疑时间提问。   参考: 教程:https://docs.quantumwise.com/tutorials/optimize_device_configuration/optimize_device_configuration.html   注册链接: 点击这里注册。

材料与器件模拟研讨会暨QuantumATK Workshop 2018在山东师范大学成功召开

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由Synopsys QuantumATK,山东师范大学物理与电子科学学院和费米科技联合主办的 “材料与器件模拟研讨会暨QuantumATK Workshop 2018” 在济南成功召开。来自 Synopsys QuantumATK、北京大学、华中科技大学、山东师范大学、山东大学、大连理工大学等多个单位的老师和同学在会上向大家介绍了各自的工作,在听众中引起了热烈的讨论。在随后的 Workshop 上机练习中,Synopsys QuantumATK的 Kurt Stokbro 博士和费米科技董栋博士为大家介绍 QuantumATK 基本功能和 2018 版新功能的实例,并与老师和同学就各自的研究中的问题进行了深入的交流。Kurt Stokbro 还为各位用户介绍并预览了2019.3版众多令人瞩目的新功能,激起了很多老师和同学的兴趣。   费米科技秉承为用户服务的宗旨,将在一年一度的全国的 Workshop 基础上组织更多的区域性和在线的研讨会,以为用户之间的交流提供更大的便利,敬请期待。 费米科技感谢 QuantumATK全体中国用户的大力支持,感谢山东师范大学的张广平老师课题组为组织本次会议付出了大量的努力! 有关本次会议的报告录像和其他资料已经上传于费米集合(链接)的QuantumATK材料与器件模拟平台用户讨论区,欢迎注册、登录费米集合下载。具体方法是: 用学术邮箱注册费米集合(https://www.fermihub.cn/hub),注册之后需要手工批准,请稍等; 登录费米集合,搜索并进入“QuantumATK材料与器件模拟平台“; 在左侧的“文件“菜单即可下载我们发布的文件。 更多详细情况请咨询费米科技。

免费在线讲座:太阳能电池的精确模拟以及光电性能的温度效应

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2018年11月7日,Synopsys QuantumATK团队将举办免费在线讲座,介绍如何使用QuantumATK的最新功能Photocurrent模块在原子水平上精确模拟太阳能电池的光电流和开路电压。 温度效应是影响开路电压和光电流的重要因素,在光电流计算中要考虑温度效应必须将电声耦合考虑在内。 注册链接 点击这里注册。 主讲人 Mattias Palsgaard, PhD, QuantumATK 中光电流计算模块的开发者 Ulrik Vej-Hansen, PhD,Synopsys QuantumATK团队的应用工程师 时间 2018年11月7日,下午4:00 (注册时有两场时间可选,内容相同,可任选一场) 时长 30分钟(含答疑时间) 内容 本次讲座将介绍如何使用QuantumATK模拟太阳能电池: 如何设置光电流计算以及如何使用NanoLab图形界面分析结果。 使用新的工具配合QuantumATK中的其他方法理解器件在光照下的特性。 如何使用新工具搜索太阳能电池和发光二极管(LED)可用的新材料。 欢迎在讲座后的答疑时间提问。 参考 教程:https://docs.quantumwise.com/tutorials/photocurrent/photocurrent.html 论文:https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.10.014026 注册链接 点击这里注册。  

QuantumATK亮点文章:研究一种极端的分子电子绝缘体

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最近 Nature[1]上发表了一项研究,提出了一种新型的分子结,这种分子结比同样尺度的真空区域更加“绝缘”。这个效应是通过设计分子实现量子相消干涉实现的,这些分子在某些能量范围里强烈的抑制电子在分子中的透射。 输运性质的计算是由哥本哈根大学的Gemma Solomon组使用QuantumATK完成的。 合成与电导的实验测量是由上海师范大学的肖胜雄、哥伦比亚大学的Colin Nukolls和Latha Venkataraman等研究组合作完成的。这类分子可能用在热电或其他电子器件中作为绝缘体。 图1. 电子透过单分子结隧穿时的波函数衰减示意图。(a)透过低导电性分子(烷链)时;(b)透过空结(即电极间是真空);(c)透过一个分子发生量子相消干涉的情况,隧穿概率非指数衰减。     参考资料 所有文中所涉及的计算方法均在QuantumATK中提供,详见以下教程: 相关的中文教程列表 英文教程 Four tutorials on molecular electronics Tutorial on studying the electron transport properties of a graphene nanoribbon with a distortion 参考文献 [1] M. H. Garner, H. Li, Y. Chen, T. A. Su, Z. Shangguan, D. W. Paley, T. Liu, F. Ng, H. […]