QuantumATK在电子材料与器件中的应用

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概述 微电子学是当今对我们的日常生活有着重要影响的技术,尤其是在通讯、计算、消费电子、健康、运输、环境和安全领域。为确保高性能、高能效电子器件的发展,工业界开始着眼于可能部分替代传统硅晶体管的III-V族化合物、新兴二维电子材料等体系。而要高效寻找新型电子材料离不开原子级别的材料学计算模拟工具,这些工具在纳米电子领域的广泛应用节约了大量的开发成本和实现市场化的时间。 随着半导体器件特征尺度的小到纳米级别,对相关材料与器件进行基于量子力学的原子级别模拟显得越来越重要。这为传统的基于量子力学的材料模拟方法提出了很多的挑战,QuantumATK从建模工具、计算方法、分析工具等完整的模拟平台入手,致力于解决这些问题,为半导体器件的模拟提供有效、可靠、快捷的工具,特别双极器件模型的引入可以直接研究诸如pn结等复杂异质结构的各种性质。 QuantumATK 提供的模型和工具 电子态  计算半导体材料的能带、态密度、电子密度、电势等 使用HSE06、MetaGGA、DFT-1/2、PPS等多种泛函得到半导体的精确带隙 详见:材料电子态性质研究工具 光学与光谱性质 计算带隙材料的介电函数(实部和虚部)谱,得到光吸收谱、折射率谱等 详见:材料光学和光谱性质的计算模拟 化合物半导体合金 使用有效能带模型或SQS模型研究合金半导体 载流子性质 分析载流子的有效质量张量 载流子迁移率。计算电子态、声子态以及完全的电声耦合矩阵,得到载流子的迁移率、霍尔系数、塞贝克系数等输运性质,以及输运性质受温度的影响 详见:材料载流子与导电性质计算模拟工具。 多层堆叠和能带排列 材料界面模型。直接创建半导体/氧化物/金属等材料界面模型或多层堆叠结构,采用更高效的方法对界面处进行有效的优化。 肖特基势垒。方便的进行金属-半导体接触界面建模,分析耗尽层的电势,直接得到肖特基势垒的形状;直接计算PLDOS得到能带弯曲情况,深入分析半导体-金属接触部分的电学特性。 能带排列。直接对界面等复杂体系进行局域投影态密度(PLDOS)的计算,可以十分方便的作出不同区域的能带情况,研究指定位置的态密度。 Sentaurus Materials Worksbench 半导体材料模拟工具套件,可以用于多种复杂模型的计算模拟与仿真,例如:  点缺陷性质:形成能与扩散动力学 以第一原理计算为准对半经验能带模型(有效质量模型、k.p模型等)的参数进行校正 从第一原理结果中提取能带示意图 金属晶界电子散射和电阻率计算 详见:Sentaurus Materials Workbench简介。 在原子水平上对电子器件进行仿真 QuantumATK中成熟的双电极器件模型(Two-probe device model)和非平衡态格林函数方法(Non-Equilibrium Green’s Fucntion, NEGF)是研究器件在偏压下的电子输运性质的有力工具。在双电极器件模型的基础上,QuantumATK还可以使用高级的静电势模型,在器件区域增加具有指定介电常数的绝缘区域和具有特定电压的金属区域,用于模拟FET器件的转移特性,并分析开关比、亚阈值斜率、DIBL等等。 详细介绍参见: 非平衡态格林函数方法与电子输运计算引擎 电子器件性能仿真工具 精选论文 参考内容 QuantumATK平台的“终极”参考文献正式发表 QuantumATK功能列表 新兴低维电子材料研究 光伏材料的计算模拟与器件仿真 立即试用 QuantumATK! 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可

全国纳米材料与器件模拟研讨会暨VNL-ATK Workshop 2015在华中科技大学成功举办

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由 QuantumWise 公司、华中科技大学物理学院与费米科技(北京)有限公司共同主办的“全国纳米材料与电子器件模拟研讨会 暨 VNL-ATK Workshop 2015” 于 2015年10月23-25日在武汉华中科技大学成功举办。此次会议得到了来自全国的相关领域的老师和同学的积极响应和大力支持。 10月23日的专题报告会上,首先由华中科技大学物理学院姚凯伦教授做了开幕致辞,随后 Kurt Stokbro 博士与董栋博士为与会代表介绍了VNL-ATK 2015版新功能和相关领域研究的最新进展。之后来自全国各研究单位的 ATK 软件资深用户作了精彩的报告,和大家一起分享和交流科研经验,全部的报告题目有(幻灯片下载见文末): Kurt Stokbro (QuantumWise):主题报告与新版发布 陈克求(湖南大学):纳米尺度器件电子输运、热输运及其热电性质研究 吕劲(北京大学):二维材料的肖特基势垒的确定 范志强(湖南大学):分子开关器件的理论设计与电子输运研究 高国营(华中科技大学):半金属磁体CrS的自旋输运性质研究 郭艳东(南京邮电大学):”最小的”纯碳逻辑门器件 朱琳(华中科技大学):纳米器件的量子输运性质研究 王洋洋(北京大学):全金属性垂直狄拉克材料晶体管 在 10月24-25 日的VNL-ATK 软件培训课程中,我们采用理论与上机实践相结合的方式为大家讲解 ATK 和 VNL 的基本操作、使用技巧和最新功能,重点对大家最关心的如何进行可靠的器件电子输运计算进行了详细的讲解,并安排充分的时间与学员进行探讨与交流。实例包括: 实例1: SiC 电子态计算 实例2: 单层MoS2的声子能带 实例3: 石墨烯纳米带(GNR)的输运性质 实例4: 界面的建模和优化 实例5: 自旋轨道耦合计算 实例6: 非共线自旋计算 实例7: 非弹性透射谱(IETS) 实例 8: 分子动力学模拟原子轰击石墨烯 实例 9: 导电分子结的建模 […]

VNL-ATK 2015 正式发布

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VNL-ATK 2015 版已经于 2015年10月21日正式发布,此版本包含了众多的新功能和显著的性能提升。 新功能概览 电子-声子相互作用 计算非弹性的电流、畸变势和迁移率 新的作业管理工具 可以向本机或远程服务器提交串行、并行计算任务(【详情】) 新的分子动力学(MD)和离子动力学功能 图形界面上新增多种MD结果分析函数,例如速度自相关函数、角分布函数、均方位移等 使用动量交换的非平衡态分子动力学(NEMD)计算(器件体系)热导 全新的刚体+一维最小化方法优化界面和器件结构 全局优化算法(用于晶体结构和相稳定性预测) ATK-Classical中新增core-shell等多种势函数 NEB计算的并行化 适应性动力学蒙特卡洛(KMC)模块,可以用于寻找反应路径,估计反应速率指前因子(HTST)以及粗粒化时间加速的MD 半导体材料模拟新功能 DFT计算的虚晶近似(VCA) 随机合金等体系超胞的有效能带分析 MGGA-TB09中可以对不同材料指定不同的c参数 图形界面上新的掺杂小工具 性能与并行计算提升 大幅提高计算和并行性能(充分使用稀疏矩阵技术),减少计算的内存和时间需求 VNL图形界面现可以处理百万数量级原子数体系 NEB计算基于路径上结构数的并行(较上一版本提速最多25倍) FHI-aims的Python接口 VNL支持其他计算代码 LAMMPS:导入、导出几何结构,用VNL的图形界面的MD分析工具和动画工具分析结果 Quantum ESPRESSO:导入导出工具,分析电子密度、态密度、能带等结果 增强VASP计算接口 VNL中嵌入OpenBabel支持 马上下载VNL-ATK 2015.0! 使用许可(License) 为运行此版本的软件,您的license文件中需要明确支持15.0或更高。我们将向所有购买时承诺更新至2015新版的用户提供免费更换license的升级服务。VNL-ATK的老版本用户可以付费升级,请与我们联系。 学术用户可以免费获得VNL图形界面的license。 为运行ATKClassical或在Builder中使用此功能,license文件中需要包含ATKClassical的信息,此功能免费向学术用户提供(学术用户的免费VNL图形界面使用许可也包含此功能),也可以与其他计算功能一同购买。 FHI-aims功能需要单独授权,欢迎与我们联系。 VASP接口(含生成输入文件、分析输出文件等功能)需要license文件中包含ATKVASP功能。所有购买了ATK-DFT/SE的用户都将免费获得此功能。VNL图形界面用户可单独购买VASP接口license,欢迎与我们联系。(注意:用户需自行获得VASP使用授权并正确编译安装。QuantumWise和费米科技都不提供任何形式的VASP代码和使用许可。) 其他感兴趣的老师和同学,欢迎与我们联系获得全功能的试用许可。 VNL-ATK 2015新功能 电子声子耦合 Quasi-inelastic(LOE)和fully inelastic XLOE 电声散射电流电压关系 可以使用ATK内提供的各种理论方法进行电子和晶格部分的计算 使用DFT、SE等计算电子部分 使用DFT、DFTB、经验势等计算声子(DFT计算声子可能非常耗时) 块体材料导出电子-声子散射矩阵 计算畸变势和迁移率(玻尔兹曼方程) 不限于弛豫时间近似 […]

Virtual NanoLab 现提供学术免费版图形界面

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VNL 学术免费版本申请现已暂停,敬请期待后续消息。 VNL的图形界面功能全部包含在 QuantumATK 学术研究组版中(完整功能介绍),现以非常优惠价格提供,欢迎咨询(给我们留言)。 即日起,VNL图形用户界面向所有新老学术用户提供免费使用权。学术免费版的使用许可包含所有建模工具、结果分析工具、Quantum Espresso接口、LAMMPS导入接口等全部功能。具体限制条件和使用权批准等问题以QuantumWise的解释为准。用户可以凭学术机构邮箱和个人电脑的MAC地址前往QuantumWise官网申请(每个学术邮箱可以为三个MAC地址申请)。 已经购买新版本的用户,也可以在个人电脑上申请VNL图形界面的免费使用权,这将大大方便用户进行离线的建模与结果处理。 NanoLab图形界面的功能 构建模型(含结构的导入和导出) 参考:VNL中的建模工具 分析结果 参考:VNL结果分析工具 对LAMMPS的支持 参考:在VNL中导入分析LAMMPS轨迹 对Quantum Espresso的支持 参考:使用VNL作为QuantumEspresso的图形界面 NanoLab推荐的计算引擎 密度泛函(ATK-DFT)(DFT-LCAO/DFT-PlaneWave 方法) 半经验量子力学模型(ATK-SE)(EHT 和 DFTB 两种方法) ForeceField经验力场 有以上计算模块的需求,欢迎与我们联系。 免费版图形界面不包括的功能 ATK-DFT/SE等需要付费的计算功能 VASP计算设置和分析的接口(要使用VASP计算设置和导入接口功能,请与我们联系购买) 许可浮动机制(免费学术使用权为锁定主机的许可,不能在网络内浮动) 其他需要购买 license 的功能 参考 有关软件的安装、使用方法的更多信息,请参考【费米科技wiki】。

全国纳米材料与器件模拟研讨会
VNL-ATK Workshop 2015

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一年一度的“全国纳米材料与电子器件模拟研讨会”暨 “VNL-ATK Workshop 2015” 将于2015年10月中旬在江城武汉举行,本届研讨会由费米科技、QuantumWise和华中科技大学物理学院联合主办,为期三天。届时来自QuantumWise公司的Dr Kurt Stokbro和Dr Marcus Yee将为大家介绍VNL-ATK 材料模拟平台的开发进展和最新功能,并安排两天的上机操作练习。我们也诚挚邀请国内的VNL-ATK各位用户在会上作报告,介绍自己的工作,与国内同行交流。 时间:2015年10月23-25日 地点:华中科技大学(武汉) 费用:免注册费(交通、食宿费用自理) 报名:请填写下面的报名信息表 上机:本次培训需自带笔记本电脑。 通知:本次会议已经圆满结束,请查看费米科技新闻: http://www.fermitech.com.cn/vnl-atk-workshop-2015-news/ 费米科技在会后将向所有注册的老师和同学提供本次活动的电子资料。

VNL-ATK 2014.3 更新发布

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VNL-ATK 2014.3更新版本正式发布。此次更新修正了若干程序错误。请在更新维护期内的用户务必更新到最新版本。 主要变化 自旋极化、旋轨耦合、和非共线模型的许多修正 BSSE和Grimme势现在可以一起使用 nlsave和nlread现在可以正确保存和读取MGGA-TB09的c值 ATKClassical、TremoloX的更新 下载地址 http://www.quantumwise.com/download 更新详情 Serious bugs (frequent, or affecting calculation results, or causing large disruptions in core functionality) Spin-orbit, spin-polarized and non-collinear models corrected and improved Updated how all 3D grid objects are handled w.r.t. spin for consistency and correctness. For instance, you no longer specify the spin parameter […]

QuantumATK 支持的计算工具

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概述 QuantumATK 支持多种计算工具,包括四种自主开发的DFT-LCAO、DFT-PlaneWave、SemiEmpirical、ForceField。QuantumATK 将多种计算方法完全集成于同一个计算引擎框架里,可以在一个计算流程中无缝切换使用不同的计算方法,获得更好的精度与效率的平衡。此外还支持VASP、Quantum Espresso、LAMMPS等多种第三方计算工具。 更多功能详情参见:【QuantumATK功能列表】。 LCAO:密度泛函理论计算引擎(原子轨道基组) DFT-LCAO实现了赝势和原子轨道线性组合(LCAO)相结合的第一性原理密度泛函理论电子结构计算方法,LCAO使用的数值原子轨道基组能够更方便地控制基组参数。ATK-DFT内置的模守恒赝势则涵盖了元素周期表中全部的元素。ATK-DFT实现了众多版本的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)、metaGGA以及各种经验性的交换关联函数。尤其值得一提的是HSE06 杂化泛函可以准确、快速地计算半导体、绝缘体材料的带隙。LCAO计算引擎可以用于非周期性分子(Molecule)、周期性块体(Bulk)、双电极器件(Device)、单电极表面(Surface)等模型的计算。 详细介绍:LCAO PlaneWave:密度泛函理论计算引擎(平面波基组) QuantumATK 包含的 DFT-PlaneWave 全功能平面波密度泛函理论计算引擎与平台的图形用户界面 NanoLab 完美集成,可能是目前最灵活和友好的平面波程序。DFT-PlaneWave 实现了赝势和平面波基组相结合的第一性原理密度泛函理论电子结构计算方法。DFT-PlaneWave 可以使用内置的 PAW 势或模守恒赝势,涵盖了元素周期表中绝大部分的元素。PlaneWave同样支持各种版本的局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的交换关联函数。meta-GGA、DFT-1/2、HSE06杂化泛函等则可以用于计算半导体、绝缘体材料的带隙。PlaneWave主要用于周期性块体模型计算,使用超胞也可以用于分子、表界面等低维体系的计算。 详细介绍:PlaneWave SemiEmpirical:半经验量子力学计算引擎 SemiEmpirical 通过对哈密顿量的参数化大大节省了计算量,可以用于更接近实验尺度的模拟。SemiEmpirical 中包含 DFTB 和 EHT 两种半经验哈密顿量计算方法。SemiEmpirical可以用于非周期性分子(Molecule)、周期性块体(Bulk)、双电极器件(Device)、单电极表面(Surface)等模型的计算。 详细介绍:SemiEmpirical ForceField经验势计算引擎 Forcefield 模块包括超过 200 种经验势,种类丰富,可以模拟的材料种类涵盖了金属、半导体合金、玻璃结构和有机材料等。ForceField主要用于对超大体系的结构优化、动力学模拟,可以用于QuantumATK中的各种模型体系。 详细介绍:ForceField NEGF:非平衡态格林函数计算引擎 非平衡态格林函数(NEGF)方法,是研究具有开放边界条件的双端半无限电极电极模型的有力工具,现已经成为在原子尺度上模拟器件体系电子输运性质的标准工具。该方法将 DFT-LCAO 等方法与 NEGF 方法结合进行自洽计算,得到器件体系在非平衡态(非零偏压)下的电子态、结构和动力学性质,并由此得到电子在器件散射区的透射概率谱,进而分析电子输运性质。NEGF也可以用于研究单电极表面模型的电子态、结构和动力学性质。 详细介绍:NEGF NanoLab Links:支持VASP等其他程序 QuantumATK的图形用户界面通过 NanoLab Links 功能支持用户使用自己的 VASP、QuantumESPRESSO、ORCA等多种第三方程序进行计算,还支持为其他程序开发插件。 QuantumATK对第三方代码的支持 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对第三方代码的支持

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概述 QuantumATK的图形用户界面通过 NanoLab Links 功能支持用户使用自己的 VASP、QuantumESPRESSO、ORCA等多种第三方程序进行计算,还支持为其他程序开发插件。 支持其他计算代码 VASP(官网) 交互式图形界面直接创建 VASP 输入文件,支持大部分 VASP 功能 手动添加 INCAR 行,预览 INCAR 文件 读入结果文件并作图(OUTCAR、CONTCAR、CHGCAR、DOSCAR、EIGENVAL、CHG、PARCHG、ELFCAR、XDATCAR) 作能带、DOS 与投影等 使用 IDPP 方法生成NEB 路径 设置结构限制 可视化 NEB 路径和能垒 导入分析 MD 轨迹 可视化振动模式 QuantumESPRESSO(官网) 创建输入文件 读入电荷密度、DOS、能带并作图 参考:NanoLab 用作Quantum ESPRESSO的图形界面 GPAW 创建输入文件 读入电荷密度并作图 LAMMPS 创建结构文件 导入轨迹,显示动画、计算局域结构,作统计分析图 参考:导入并分析LAMMPS的计算结果轨迹 ORCA 创建输入文件 读入电荷密度并作图 插件开发 API 用户使用 Python 自定义插件,向 NanoLab […]

QuantumATK 的结果分析功能

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QuantumATK 的图形界面 NanoLab 提供丰富的数据处理与结果可视化工具,图形化的工具能满足绝大多数日常需求,此外还提供 Python 脚本的数据处理和作图。 显示 3D 数据 高性能图形渲染引擎,支持百万级原子和键显示 等值面图、等值线图、Contour 图,图形可以根据数据范围进行重复 控制原子颜色、大小和透明度 根据计算物理量(力、速度等)显示原子颜色 可以用于 MD 轨迹等动画 晶体的多面体作图表示 Voxel 作图方法(3D 格点数据的点状云) 矢量场作图 Contour 平面图的 3D 立体化 3D 显示控制,支持多光源 布里渊区显示工具 导出多数图片格式 导出 CUBE 文件或简单 xyz 数据文件,用其他程序作图 导出 MD 轨迹、声子振动、NEB 路径等的动画 自动旋转显示,导出 GIF 动画 交互式进行 3D 测量距离和角度 2D 作图工具 将作图保存成 Python 脚本,用于重新作图或自定义作图 将能带和态密度作图合并 在图上任意添加箭头和文字说明 更多功能介绍详见 QuantumATK功能列表。 能带分析工具 直接绘制能带图 […]

VNL-ATK 2015.b1测试版发布

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ATK-VNL 2015.b1版本已经公开发布,欢迎新老用户试用,预计正式版将于下月发布。详细情况请点击: ATK-VNL 2015新功能速览 ATK-VNL 2015新功能实例教程 ATK-VNL 2015b1 公开测试版下载地址 关于License: 购买时获得了升级至2015新版的用户,需检查License文件是否支持15.0以上版本,如需更换license请与我们联系; 已过升级期的用户,欢迎与我们联系申请试用新版,以便您决定是否尽早购买升级版本 正在试用2014.2版本的用户,欢迎与我们联系试用新版  

 
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