QuantumATK独有的新功能:非平衡态格林函数方法研究半无限表面模型

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概述 QuantumATK从最新版本开始引入了一个全新的、独一无二的半无限表面模型。与非平衡态格林函数方法配合,半无限表面模型可以比表面slab模型更完善的模拟表面体系。描述此方法的预印文章已经在arXiv上公开发布(https://arxiv.org/abs/1707.02141)。 模型 片层(Slab)模型 与其他的周期性模型程序类似,QuantumATK也可以用传统的Slab模型来描述表面体系,但Slab模型有很大的缺陷和局限: Slab最大的不足是无法模拟实际表面下方通常是无限大的块体材料; 由于厚度有限,Slab中的电子容易体现出量子限制的效应; 两个表面之间可能相互影响; 很难正确的在表面方向模拟外加电场; 经常需要表面钝化、偶极校正等额外补救措施。 单电极表面(One-probe surface)模型(或半无限表面模型) 为此,QuantumATK 基于 DFT 和格林函数方法方法开发了真正可以模拟半无限表面体系的模型,即将一个表面 Slab 模型耦合于半无限的块体结构上(见下图)。 这种模型有以下几个独特的优势: 算法复杂度降低,特别适合大体系计算; 表面性质对表面层数的依赖显著降低; 只需很少的层数就可以再现块体的电子态; 可以正确的施加垂直表面方向的电场,模拟电场对表面体系的影响。 应用 文章报道了半无限表面模型的原理和应用,这些应用实例展示了半无限表面模型和格林函数方法的精确性,也证实了这个模型在表面体系研究中比传统模型具有明显的优势。 计算过渡金属的功函数 计算贵金属和拓扑绝缘体的表面态 Ge(001)|Si薄膜半导体异质结构的能带对齐 电场对碘在Pt(111)上吸附的影响   NanoLab高级图形用户界面:专注于研究,更快获得结果 NanoLab 图形用户界面丰富易用的功能可以让用户专注于研究项目的科学问题,专心思考科学问题,更快的发现新材料、创建新结构,避免在数据的导入、导出、处理、作图等琐碎的问题上浪费时间。NanoLab 可以: 最强大的材料表面结构建模工具 直观的选择表面方向和表面超胞 最合理的表面结构优化方法 快速构建各种结构模型 内嵌晶体结构数据库 搜索在线晶体结构数据 应用领域 与QuantumATK中的结构优化、能量计算、CI-NEB过渡态搜索等功能结合,这种模型还在表面化学、催化等领域有广泛的潜在应用。 表面功函数 表面态 表面反应过渡态与催化 拓扑绝缘体 相关的实例教程 表面结构与吸附 表面分子吸附体系建模:中文教程、英文教程 硅表面重构研究:中文教程、英文教程 CO在Pd(100)表面的吸附:英文教程 复数能带 硅(100)表面体系的复数能带:英文教程 单电极表面模型与格林函数方法模拟表面 中文教程、英文教程 […]

QuantumATK在拓扑绝缘体研究中的应用

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概述 拓扑绝缘体(TI)块体材料本身是具有带隙的普通绝缘体,但是却可以有导电的表面态,并且这种表面态受材料的非平凡拓扑指数保护。拓扑表面态的二维能量-动量关系表现为“狄拉克锥”结构(与二维石墨烯类似),这种奇异的特性未来可能应用在电子器件中。 使用 QuantumATK 可以: 构建 TI 的晶体结构 研究块体的能带结构、态密度 研究表面 Slab 模型的能带和态密度 表面态的深度与分布 计算中考虑非共线自旋和自旋轨道耦合 作出表面态的自旋分辨的费米面,研究费米面上的自旋取向 右图显示了在 NanoLab 中得到的狄拉克锥附近的费米面和自旋取向情况 计算拓扑不变量 研究表面态控制的量子输运情况 最新发表的文章:拓扑绝缘体的表面态与自旋输运性质 右图显示了 Bi2Se3 体系的 slab 模型的表面态以及相关的透射谱。图中也显示了 QuantumATK 和 VASP 对同一体系进行能带计算的结果比较。 【详见:Phys. Rev. B, 92:201406, 2015】 相关实例教程 拓扑绝缘体的能带、态密度、表面态与拓扑不变量 英文教程 带有自旋轨道耦合的自旋输运研究 英文教程 立即试用 QuantumATK! 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可 获取永久免费学术版的NanoLab图形界面