由中国化学会和国家自然科学基金委员会主办，清华大学和北京科技大学承办的“中国化学会第七届全国物理无机化学学术会议”（http://www.chemsoc.org.cn/meeting/2016pic/）将于2016年5月6日到9日在北京会议中心召开。费米科技作为参展商将全程参加本次盛会，届时欢迎各位老师光临我们的展位。
【QuantumATK亮点文章】第一原理方法计算电子-声子耦合和电子迁移率
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)）。 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： 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 教程链接 更多QuantumATK在半导体材料研究的应用详见【这里】。
QuantumATK：更强大、更灵活的材料动力学模拟
概述 动力学模拟是一种重要的原子级模拟方法，通过求解原子运动的经典力学牛顿方程对相空间进行采样，不仅可以研究体系在相空间的演化过程，还可以通过产生的系列结构（系综）通过统计方法得到体系在非零温度下的各种性质。 动力学过程中的原子间相互作用力则可以通过多种方法求得，可以是密度泛函理论，也可以是经验力场。 使用QuantumATK进行材料动力学模拟 可以用多种能量-力计算方法 密度泛函理论（DFT-LCAO 和 DFT-PlaneWave）：支持几千原子级别超大体系的计算 半经验量子力学模型（SemiEmpirical）：支持密度泛函紧束缚近似（DFTB） 经验力场（Forcefield）：支持几百种经验势参数（含ReaxFF） 机器学习力场：高效率平衡DFT的精度和力场的速度 支持多种系综和理论方法 NVE velocity verlet NPT with stress mask NPT/NVT（Berendsen） NPT Melchionna NPT with stress mask Langevin 多种方法初始化速度 灵活的结构限制固定部分原子 分别固定 x、y、z 坐标 MD 过程中固定质心 限定布拉维格子（可同时设定目标应力） 刚性限定原子相对位置关系 支持多种动力学方法 平衡态分子动力学 非平衡态分子动力学（RNEMD）计算热导 time-stamped force-bias Monte Carlo长时域的动力学方法 Metadyamics（PLUMED）：更快的对能量（自由能）面进行采样，获得大范围的结构-能量信息 自适应动力学蒙特卡罗方法（adaptive kinetic Monte Carlo）：研究结构变化与机理 可控制局域温度、设定升温速率 所有恒温器、恒压器支持线性升温或降温 计算过程中分析 Python 脚本支持计算过程中分析或添加其他限制条件 部分电荷分析 可视化原子速度 […]
QuantumATK在磁性材料与自旋电子学研究中的应用
概述 寻找新型的非易失（Non-volatile）存储技术在当前是备受关注的研究领域。磁性随机存储（MRAM）是非常有前途的一种。QuantumATK在一些研究组和电子公司的不同MRAM新材料的研发阶段中都得到了应用。QuantumATK 也是研究自旋电子学的常用工具，可以研究各种新颖的自旋应用器件（这些器件中不是用电子的电荷而是用自旋来传递信息）。 QuantumATK包含了最新的模拟方法，用密度泛函理论（DFT）来模拟磁性和自旋电子学。计算可以考虑含自旋轨道耦合的非共线自旋计算，使用超快的 HSE06 等杂化泛函。QuantumATK还可以使用非平衡态格林函数（NEGF）对器件体系进行模拟，直接计算自旋电流、磁阻和Spin Transfer Torque等。 用 QuantumATK 研究磁性和自旋电子学的优势 QuantumATK 基于量子力学第一原理计算，可以研究广泛的材料 QuantumATK 计算可以应用于几百至几千原子的体系 计算有偏压存在时的自旋极化电流-电压特性 研究自旋输运（透射）的机理，可以对透射系数在k空间中进行分解并分析透射的本征通道 计算如Fe/MgO/Fe类似结构的磁性隧道结（magnetic tunnel junctions，MTJ) 的隧穿磁阻 计算 spin-transfer torque (STT) 与层内的交换耦合作用 进行多种复杂的磁性分析计算，包括：磁各向异性能量、海森堡交换分析、自旋动力学等 详细介绍参见： QuantumATK：磁性与自旋电子学模拟工具 QuantumATK 让研究者专注于研究，更快获得结果 QuantumATK的图形界面（NanoLab）具有丰富易用的功能，可以让用户专注于研究科学问题，专心思考体系的特性自旋输运特性，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： 快速构建各种结构模型 按原子类别、标签设置初始原子磁矩 直接显示不同自旋的电流、输运系数谱 对输运系数进行k空间、透射通道分析 直接显示原子上自旋的分布 直接显示Spin-Transfer Torque分布 详细介绍参见： QuantumATK的图形用户界面 计算实例教程 使用QuantumATK研究磁性材料和自旋电子学的实例教程 研究案例 QuantumATK在磁性材料与自旋电子学研究中的应用 磁性与自旋电子学研究案例集（一） 磁性与自旋电子学研究案例集（二） 磁性与自旋电子学研究案例集（三） 磁性与自旋电子学研究案例集（四） 磁性与自旋电子学研究案例集（五） QuantumATK在自旋热电子学研究中的应用 立即试用 QuantumATK！ 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可
QuantumATK图形界面现支持远程服务器作业提交
最新的QuantumATK 2015版中的Job Manager支持设置设置远程服务器提交任务，该方法的特点是： 安全：仅使用SSH端口的加密通信；服务器端无需后台进程，无需单独开放其他端口，有效保障安全性，特别适合公共服务器上部署计算； 简单：支持自动创建任务文件夹和提交脚本，不需要终端登录服务器进行任务提交； 强壮：任务成功提交之后，即可断开与服务器的连接；不必担心网络问题造成的计算中断； 便捷：随时可以联机查看即可查看任务、下载计算结果。 参考 如何在图形界面上配置向远程服务器提交计算作业？（【详情】） 更多QuantumATK 2015版新功能详见：【VNL-ATK 2015 正式发布】 立即试用 QuantumATK！ 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可
【QuantumATK亮点文章】III-V族半导体量子阱的能带计算方法的系统研究与实验验证
由 Synopsys QuantumWise, ETH Zürich, Università degli studi di Udine, Università degli studi di Bologna 以及IBM Zürich Research Laboratory 共同发表在 Solid-State Electronics 杂志上的文章（http://dx.doi.org/10.1016/j.sse.2015.09.005）报道了最新的关于III-V族半导体量子井的研究，评估了III-V族半导体的能带计算方法以及用于器件模拟的能带校正参数。 文章摘要 我们详细的比较了用非抛物线有效质量模型结合密度泛函理论、紧束缚方法、k·p 方法等进行能带结构计算的结果。在提取了InAs、GaAs、InGaAs等体系的用于非抛物线型Γ、L、X谷和谷间带隙参数组合之后，考察了厚度从 3 nm 到 10 nm 的量子阱以及带隙对薄膜厚度的依赖性，并与实验中In_{0.53}Ga_{0.47}As 的量子阱进行了比较。能带结构对MOSFET的源漏电流的影响则由弹道输运模型模拟。得到的结果为评估III-V族半导体能带结构计算方法和为器件计算进行能带校正参数提供了严格的依据。 Simulated and experimental energy gap for unstrained In_{0.53}Ga_{0.47}As quantum well on Al2O3. 更多关于 III-V-MOS 计划的信息: http://quantumwise.com/about-us/projects
【QuantumATK亮点文章】应力对锗电子态结构的影响
Synopsys QuantumWise、Bremen University 和 Stanford University共同发表了一篇研究论文，题为：“单轴和双轴应变对锗的电子态的影响”（The effects of uniaxial and biaxial strain on the electronic structure of germanium，Computational Materials Science 112, 263 (2016)） 文章摘要 本文报道了一项用密度泛函理论来研究单轴和双轴应变对锗（Ge）块体材料的电子态的影响的结果。研究中使用了四种交换关联近似来进行电子态计算，包括局域密度近似（LDA）、广义梯度近似（GGA）（含Hubbard校正，即LDA+U和GGA+U）、meta-GGA（MGGA）以及杂化泛函（HSE06）。这些方法可以很好的重复无应变的Ge的能带结构，尤其是带隙。LDA+U、GGA+U的计算结果表明，超过1.5%的双轴拉伸应变可以将Ge变为直接带隙半导体(Γ–Γ)，而单轴应变超过3%时，Ge仍保持为间接带隙(Γ–L)。HSE06的计算也得到了类似的趋势，尽管预测的带隙转变应力较低。研究中还计算了体系的载流子有效质量，结果与实验吻合很好。计算表明，Γ点的有效质量随着被拉伸、压缩应变而变小或变大。 相关实例教程 硅体系的单轴和双轴应力：http://docs.quantumwise.com/tutorials/uniaxial_biaxial_strain.html 更多QuantumATK在半导体材料研究的应用详见【这里】。
新兴的低维电子材料研究
概述 自碳纳米管和石墨烯发现以来，人们开始特别关注低维材料的的特性以及可能的应用。研究者在探索相较于传统块体材料，使用低维材料实现相同功能的优越性，特别是在纳米尺度上的电子、热、化学等方面。 研究实例 低维半导体电子材料 半导体电子材料方面，常规半导体材料在摩尔定律规定下逐渐走向极限，低维材料则有结构规整、迁移率可观、栅控强等优点。在研究低维材料中，我们重点关注：（1）带隙大小的模拟以及物理和化学方法调控带隙；（2）电输运性质，主要是载流子迁移率；（3）电子材料-金属接触的电学性质；（4）构造器件的可能性以及器件性能仿真；（5）材料的稳定性。QuantumATK在以上几个方面都提供了完备的计算模拟研究工具，并在最近几年产生了大量高水准的研究成果。更多信息请参考以下专题综述文章： 二维材料构成的晶体管中的肖特基势垒 亚10纳米二维晶体管 化学与催化 在化学和催化方面，低维材料具有比结构稳定、表面积巨大等特点，特别适合负载一些催化剂活性中心，这方面的部分研究实例请参考： QuantumATK在化学与催化研究中的应用 潜在的二维光电功能器件 QuantumATK亮点文章：Janus 二维材料用于高效光电池器件（Nano Lett. 2018） QuantumATK亮点文章：二维材料光吸收和光伏效应的层数依赖关系研究 Bi2O2Se Yang, J. et al. Sub 10 nm Bilayer Bi2O2Se Transistors. Adv. Electron. Mater. 5, 1800720 (2019). Xu, L. et al. Pervasive Ohmic Contacts in Bilayer Bi2O2Se-Metal Interfaces. J. Phys. Chem. C 123, 8923–8931 (2019). 二维材料相关的初级教程 在QuantumATK中研究石墨烯 石墨烯和MoS2片层的电子输运： Transmission […]
QuantumATK：材料界面的建模和模拟
概述 块体材料的研究已经非常成熟，因此材料的表面与界面的重要性就格外的凸显出来。新型材料越来越复杂，不同材料组成的异质界面成为许多功能器件的基础，最常见的一个例子是半导体领域里的含有高k介电材料的多层门电极堆叠。由于界面层往往很薄，其中的缺陷起着十分重要的作用，这需要在原子级别上描述结构，才能充分考虑杂质、空位等对性质的影响；同时，只有进行基于量子力学的计算模拟，才能计算例如肖特基势垒和漏电流等。在原子级别上对材料表面和界面进行量子力学的模拟正是 QuantumATK 最为擅长的领域。 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 模型来描述界面体系，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、表面与界面之间存在相互影响； 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。 双电极界面（Two-probe interface）模型与性质计算 采用双电极界面模型模拟材料界面，比Slab模型更加便捷，可以避免Slab模型的上述问题。此外，双电极模型还可以更好的研究： 异质结的电流-电压特性，例如： 漏电流 金属-半导体界面的肖特基势垒 磁性隧道结的自旋输运 缺陷（杂质和空位）对输运性质的影响； 界面上的电荷转移 使用QuantumATK研究界面体系的优势 通用、高效的计算引擎 QuantumATK 计算基于第一性原理，因此可以用于研究全新材料的各种性质，例如： 传统金属-半导体界面 高k介电材料 金属、半导体纳米线 纳米管、金属纳米管接触 原子簇 等等 QuantumATK 中使用局域基组展开方法，尤其适用于研究局域化缺陷（杂质、空位等），ATK-DFT计算引擎可以计算千原子级别的体系的性质。ATK-SemiEmpirical 则可以计算更大的体系。 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： 方便快捷的材料表面建模工具 强大的材料界面结构建模工具 最合理的界面结构优化方法 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 亮点文章 QuantumATK 在材料界面的最优超胞建模中的应用（D. Stradi, L. Jelver, S. Smidstrup and K. […]
QuantumATK在电池材料模拟与设计中的应用
概述 QuantumATK 包含 DFT、DFTB、ForceField 等尺度级别的原子级材料模拟方法和大量材料学模型构建和性质分析模块，特别适合分析如电池材料等复杂材料体系的性质。QuantumATK 在研究电池材料方面有如下功能特点： 材料模型与数据库 晶体、缺陷、表面、界面等建模工具 支持从 Materials Project 和 COD 数据库中导入结构模型 材料数据库私有云框架，可以自建材料数据库 复杂材料模型 随机合金、空位、缺陷、表面、界面、纳米粒子等材料模型 聚合物材料模型，可以构建和研究线性和交联聚合物材料 超大体系与电解质等复杂体系 支持 MTP 机器学习力场，包含完整的力场训练、验证和使用的程序框架 用于常见电解质的新型键合力场，可以定制电荷和进行原子类型分配 在 GUI 中方便地调用键合力场，还可以将键合力场和常规力场结合使用 图形用户界面提供力场编辑工具，可编辑力场所有项，方便的设置部分电荷，模拟静电相互作用 从分子动力学得到振动光谱，理解分子间的相互作用和液相溶剂化 高效率高精度的第一性原理计算 密度泛函理论（DFT）可以研究数千原子体系 对更接近实际尺寸的模型进行第一原理计算计算 使用杂化泛函，包括 HSE06、PBE0、B3LYP、B3LYP5，更精确的计算电子结构，结合能和扩散势垒 与平面波基组相比，使用 LCAO 基组可将速度提高 100 倍，从而实现高效的大规模模拟 更精确的模拟结合能，找到吸附位点 表面性质研究工具 独有的单电极表面模型 特别适合研究表面吸附，以及在电场情况下的表面物理化学性质 分子在表面吸附的高级建模工具 快速定位吸附位点，创建指定覆盖度的吸附模型 表面过程建模和热化学分析工具 用于模拟电极表面上的反应 界面性质研究工具 独有的双端无限界面模型 特别适合研究界面体系的结构、电子态、导电以及动力学性质 大规模固体电解质界面（SEI）模拟 使用力场计算可以研究复杂的界面结构和动力学 使用 QuantumATK 可以研究： 正极材料 […]