QuantumATK应用文章:第一原理方法计算电子-声子耦合和电子迁移率

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Synopsys QuantumWise和DTU Nanotech联合发表了题为“第一原理方法计算电子-声子耦合和电子迁移率:在二维材料中的应用”的文章(Phys. Rev. B 93, 035414 (2016))。

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石墨烯和硅烯(a)和MoS2(c)中载流子浓度与费米能级的关系;MoS2的导带边缘为0.95eV;硅烯(b)和MoS2(d)中迁移率随载流子浓度的变化。

文章摘要

“我们采用密度泛函理论计算了n-型单层石墨烯、硅烯和MoS2的声子限制的电子迁移率。包括电子-声子耦合在内的材料的性质都采用第一原理完成。我们详细叙述了归一化的全能带弛豫时间近似与线性的玻尔兹曼方程(BTE)的方法来描述非弹性散射过程。块体电子-声子耦合采用超胞方法计算。这是一种完全的数值方法,因此不需要任何解析方法来处理问题,尤其是可以保留电声耦合和能带的各向异性信息。进一步计算可以得到低场的迁移率及其对载流子浓度和温度的依赖关系,加深对石墨烯、硅烯和单层MoS2材料的电子输运性质的理解。与石墨烯不同,硅烯中的载流子与面外振动模式相互作用很强。我们发现在硅烯面外振动模式的影响被限制接近于零(由于基底的影响,原子固定等类似情况)的情况下,石墨烯中的迁移率比硅烯仍然高出不止一个数量级。而当硅烯的面外振动模式没有限制时,硅烯中的迁移率基本为零。对于MoS2,我们得到的迁移率数值比石墨烯中低几个数量级,这与最近的其他理论计算吻合。模拟结果表明了新实现的基于第一原理和局域基组的BTE方法和模拟可以很好的预测材料的输运性质。”

相关实例教程

迁移率:

使用QuantumATK可以方便的研究:epc_analyzer_explained

  • 由DFT方法计算电子布洛赫态和能量、声子模式和能量以及电子-声子耦合等信息使用玻尔兹曼输运方程计算电子迁移率
  • 计算声子态、分析畸变势、电声耦合(右图),并在此基础上计算温度对迁移率的影响
  • 使用大规模MPI并行可以大大减少计算时间

 


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