ADF Highlight:DIM/QM模拟表面增强拉曼光学活性

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参考文献: D.V. Chulhai and L. Jensen, Simulating Surface-Enhanced Raman Optical Activity Using Atomistic Electrodynamics-Quantum Mechanical Models, J. Phys. Chem. A, 118, 9069 (2014) 拉曼光学活性已经成为探测有机小分子和生物分子几何结构的有力工具。但是作为一项新技术表面增强拉曼光学活性(SEROA)仍然是实验方面的一个挑战。小分子的SEROA已经能够通过ADF,将速度度规响应张量应用到离散相互作用模型/量子力学(DIM/QM模型)来模拟。在这种模型中,纳米粒子被当做相互作用的原子极化子的集合体来处理。计算结果能够揭示局域电场(local electric field)、电场梯度强度、等离激元宽度,以及分子朝向如何影响SEROA信号。

ADF Highlight:ReaxFF分子动力学模拟锂硫电池中的粒子扩散

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参考文献: M. M. Islam, A. Ostadhossein, O. Borodin, A. T. Yeates, W. W. Tipton, R. G. Hennig, N. Kumar, and A. C. T. van Duin, ReaxFF molecular dynamics simulations on lithiated sulfur cathode materials, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 3383-3393 (2015) 为了设计更为高效的Li-S电池,对硫阴极材料的结构和动力学行为的理解至关重要。在最近的研究中,ReaxFF分子动力学被用于研究硫阴极材料。在锂化过程中,硫阴极明显发生膨胀,通过ReaxFF模拟非常漂亮的捕获到了这一现象。文中采用了巨正则系综蒙特卡洛(GCMC)来模拟电池放电过程中的开放回路。硫阴极加载锂的各个阶段,硫和锂的扩散系数,提供了关于电池操作使用过程中的反应动力学和扩散所致应力的重要信息。 本文第一个使用反应分子动力学研究锂硫电池阴极材料,最终应该能够达到化学反应反应环境下,锂硫电池充放电过程的多尺度模拟。这对于设计和改进能源材料是必需的。

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】。

ADF Highlight:N-卤-鸟嘌呤四股结构的共振增强卤键

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参考文献: L. P. Wolters, N. W. G. Smits, and C. Fonseca Guerra, Covalency in Resonance-Assisted Halogen Bonds Demonstrated with Cooperativity in N-Halo-Guanine Quartets, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 1585-1592 (2015) Back Cover: Phys. Chem. Chem. Phys. 17, 2275 (2015) 由于协同效应,四股特殊结构的氢键总能比鸟嘌呤碱基对键能的四倍更稳定。(见其他工作)。基于氢键和卤键间相似的成键机理,来自阿姆斯特丹自由大学的研究者预测,用N-卤-鸟嘌呤四股特殊结构的卤键替换氢键后,将观察到相似的协同作用。 密度泛函计算显示,卤键取代确实有相似的协同作用,甚至比四股结构的氢键更强。通过ADF软件中的几个分析工具进行深入分析,得到协同性是来自卤键配合物中的电荷转移导致的。

ADF Highlight:Os(II)配合物中自旋轨道耦合导致的系间窜越(Phys. Chem. Chem. Phys, 2014)

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参考文献: Elise Yu-Tzu Li*, Tzung-Ying Jiang, Yun Chi and Pi-Tai Chou*. Semi-Quantitative Assessment of Intersystem Crossing Rate: An Extension of El-Sayed Rule to the Emissive Transition Metal Complexes. Phys. Chem. Chem. Phys. 16, 26184-26192 (2014)   Os(fipz)(tfa)(CO)3 (tfa =  三氟醋酸盐, fipz=3-三氟甲基-5-(1-异喹啉基)-1,2-吡咯) 配合物量子产率与激发发射相关。高能的激发(<340nm)对磷光的贡献多于荧光,这显示高单重激发态系间穿越更强。理论计算S1与Tn(n=1-10)之间的自旋轨道耦合积分非常小,可以忽略。但更高的单重激发态与三重激发态之间自选耦合效应(SOC)则强得多。 当各自d轨道成分不同(d ≠ d’),并且单重态(1dπ*)和三重态(3d’π*)都有很强的金属到配体的电荷转移(MLCT),那么旋轨耦合将达到最大。这与有机体系中1ππ*和 3ππ*之间的ISC(p ≠ p’条件下)很相似,可以被认为是金属有机版的El-Sayed定律。 本文计算数据再现,参考教程:使用DFT估算系间窜跃(ISC)速率以及计算金属配体电荷转移(MLCT)

ADF Highlight:羰基铁配合物的高分辨X射线吸收光谱

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参考文献: A. J. Atkins, M. Bauer, and C. R. Jacob, High-resolution X-ray absorption spectroscopy of iron carbonyl complexes, Phys. Chem. Chem. Phys.17, 13937-13948 (2015) X射线光谱技术已经成为广泛应用的探测过渡金属配合物的工具,测量能够精确到元素类别。传统的X射线吸收光谱(XAS)使用紫外-可见光,但是这种方法由于核孔的存在时间非常短导致光谱峰变宽。高能分辨荧光探测光谱(HERFD-XAS)通过减少这种误差可以显示光谱中的更多细节,从而提供了一种新方法。 在最近的羰基铁配合物的研究中,高能分辨荧光探测光谱(HERFD-XAS)技术的测量结果,在ADF软件中的TDDFT方法中得到了合理的解释。选择此类配合物是因为特征明显,是教材经典案例分子。TDDFT计算表明,前沿峰部分可以用来区分不同过渡金属金属配合物,特别是不同的铁-铁相互作用。结合不同的X射线吸收光谱法,可以为催化过程中识别配体环境、羰基铁配合物原位电子结构探测,提供一种独特的方法。

文献重现:Adenine-Thymine碱基对中氢键的分析(也适用于其他键,如配位键分析 )

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文献详解:芳香性、杂化情况、静电作用以及共价作用,在Adenine–Thymine碱基对及其类似模仿结构的共振增强氢键中的作用研究 原文:ChemistryOpen 2015, 4, 318 – 327 本文PDF版下载: [wpdm_package id=’2242′] 本文中ADF计算相关文件下载: [wpdm_package id=’2231′]   摘要:本文涉及的ADF计算功能包括: 二聚体分子几何结构计算; 成键轨道组分分析; 键能分解; 片段分析; 片段形成分子过程中电荷流向分析(VDD); 查看分子轨道(MO)的形状、空间分布; 片段构成分子之后,电子在片段间的转移情况; 分子轨道(MO)投射到片段轨道(SFO)上的占据情况; 键能分解到各个不可约表示; 分析Pauli排斥的大小、轨道相互作用的大小、各个不可约表示中轨道相互作用的大小、色散修正的大小; 通过去掉特定对称性的空轨道,来得到特定对称性对能量(轨道相互作用能)、(VDD)电荷的贡献; 片段轨道重叠的大小。

ADF计算能带以及特定能带、K点的的波函数

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以苯为例进行演示,其他周期性体系如无机盐、聚合物、MOF材料等,操作与此相同: 1,从晶体结构文件(*.cif)导入坐标(File-Import Coordinates),一般而言,晶体结构来源通常有: 从网上下载cif文件(例如从美国矿物晶体结构数据库下载); 其他软件产生的cif文件或PDB文件 首先下载相近晶体结构的cif文件,然后通过ADFinput进行掺杂、替换、超胞、表面切割等产生新的晶体结构(包括产生新的三维、二维、一维结构;或者产生超胞结构,然后切换到ADF模块,将直接作为团簇对待,之后在ADFinput中根据用户需要修饰边界原子,然后使用ADF模块或其他模块进行非周期性计算) 购买晶体结构数据库,从中到处cif文件格式。 目前*.cif文件在各种软件中的通用性、兼容性、普适性最好,因此优先推荐cif格式文件。 设置参数如下: 参数说明如下: Single Point:表示只计算该结构的性质,不进行结构优化、分子动力学、搜索过渡态等操作; Periodicity:周期性的情况,包括三维周期性体系(Bulk)、二维周期性体系(Slab)、一维周期性体系(Chain)、非周期性(none,等同于ADF模块,但计算方法、基函数上略有差别; Unrestricted:是否考虑自旋(自旋多重度如果不为0,则需要勾选此项) XC Potential in SCF:选择使用的泛函,目前不包含杂化泛函,其中Model Potential中的GLLB-SC对于一些半导体能带计算结果很好; Relativity:是否考虑相对论,对于含重元素的体系计算一般使用Scalar,如果既是重元素又要考虑自旋-轨道耦合,则使用Spin-Orbit; Basis set:BAND使用Slater基、数值基混合,因此对于原子核附近的电子波函数描,其精确度远大于平面波,基组的挑选参考费米科技维基百科:一般情况下如何选择基组Basis Set; Frozen core:参考费米科技维基百科:一般情况下如何选择基组Basis Set Numerical Quality:设置实空间积分精细程度,对于性质计算选择Good,对于结构优化、过渡态搜索等选择Normal。 这是设置能带结构的插分精细程度的参数,推荐设置为4。 为了设置K点,我们需要查看晶格常数: K点设置相关知识: K点设置的越密集,计算量越大,K点的数量等于设置K点的三个数字的乘积,例如下图: 此例中设置的是5 5 7,那么k点的个数就是5×5×7=175。计算量大致跟k点的个数成线性比例关系,当然不同的任务类型有差别。根据固体物理学基本知识,我们知道,k空间和实空间有一个倒数关系。因此实空间中晶格常数越小,那么在k空间中就需要越多的点来描述;实空间中晶格常数越大,那么在k空间中就需要越少的点来描述。这个关系也是大致成比例的(之所以说大致,是因为实空间晶格类型和k空间的晶格类型往往不一致)。因此如果某方向的晶格常数为5,k点取10个点,与晶格常数为10,k点取5个点,二者的精度是相似的。但另外,计算能带结构的时候,K点个数需要取奇数个,这样可以保证Gamma点上一定有布点,否则Gamma点的能量,将通过附近两侧的k点通过插分的方式得到,这样就降低了Gamma点的能量可靠度。而Gamma点的能量又非常重要,往往直接影响带隙、带宽的数值。 本例中取5 5 7是比较合适的。 2,保存并提交任务: 提交任务的方式,参考费米科技维基百科:如何进行ADF并行计算 3,能带结构查看: 在ADFinput中点击SCM-BAND Structure,则显示该体系能带结构: 上半部分是能带结构,下半部分是K空间的原胞,原胞的各条线,对应上半部分中能带结构的横坐标的某个区间。点击该线,则对应的能带区间变成高亮。对于能带结构,可以通过右键拖动、滚轮控制图片的放大、缩小,左键进行拖动。 4,某个K点的波函数: 在ADFinput中点击SCM-View,点击ADFView窗口中add-Isosurface(将显示等值面),在窗口下方选择对应的电子态。例如我们如果希望查看HOMO轨道在Gamma点的波函数空间分布情况,我们从Band Structure看到,横坐标数字1表示Gamma点(这是通用的),纵坐标上的红线表示费米能级,那么“1”处,HOMO能量大致为0.2Hartree。Gamma点的坐标,众所周知是(0,0,0),因此我们选择如下: 少量时间(跟体系大小有关)之后,即显示该电子轨道的空间分布: 可以调整为只显示一个周期(取消勾选此项即可,在其他窗口例如ADFinput也可以通过取消勾选此项而切换为非周期显示): 调整透明度:点击窗口左下方的“Isosurface”-show details,则出现如下设置内容,如下图所示设置透明度: 当然还可以通过菜单栏view-background修改背景色。 更多案例参见费米科技维基百科 ADF软件提供免费试用(一般为一个月),试用申请方式参见费米科技维基百科:试用申请方式

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。

费米科技将参展中国物理学会秋季学术会议(CPS Fall Meeting)

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费米科技将参加中国物理学会秋季学术会议(CPS Fall Meeting),我们的展位是209。欢迎各位老师莅临指导! 中国物理学会秋季学术会议(CPS Fall Meeting)以下简称秋季会议是由中国物理学会主办的年度学术会议,始于1999年,目的是增进国内物理学界的学术交流,提高学术交流水平,促进物理学科的全面发展和人才培养。经过会议组织委员会和中国物理学界的共同努力,秋季会议已由最初200人规模逐步发展到目前的2000多人规模,已经成为中国物理学界规模最大、综合性最强的学术盛会,引起了国际物理学界的关注。 中国物理学会2015年秋季学术会议由吉林大学承办。(9月10日(报到 – 13日,地点:吉林大学中心校区,吉林省长春市前进大街2699号)。会议将以大会特邀报告、分会邀请报告、口头报告和张贴报告等形式交流,并围绕物理学相关专业领域分设18个专题分会。

 
  • Janus MoSi2N2P2 单层在纳米器件和光电晶体管中的应用研究背景 二维 MA2Z4 材料因具有优异的热稳定性、力学稳定性、可调电子结构和较高载流子迁移率,已成为低维电子学和光电子学中的重要候选体系。Janus 结构通过在材料上下表面引入不同原子层,打破面外对称性,为调控能带、极化、输运和光响应提供了新的自由度。此前 Janus MoSi2N2P2 的稳定性和光学性质已有理论预测,但其电子输运、场效应调控和光电响应等器件行为仍需进一步阐明。 研究内容 该研究首先构建了 α1 和 α2 相的 MoSi2N2P2、Mo(SiNP)2-A 和 [...]
  • QuantumATK 低维电子材料与器件合集(八)Cs3Cu2I5 中双功能氨基酸的烷基链工程实现优异的光电性能 无铅的 Cs3Cu2I5 钙钛矿具有低维结构和自捕获激子发射的特点,在可持续光电子学方面具有重要的前景。虽然机械球磨有环境友好和可扩展的优势,但合成 Cs3Cu2I5 的光电性能往往受到铣削过程中引起的晶格畸变、表面缺陷和颗粒团聚的限制。为了克服这些挑战,通过理论计算和实验验证相结合的方法,提出一种基于氨基酸的烷基链工程钝化策略。密度泛函理论表明,多功能氨基酸和烷基链协同钝化了 Cs3Cu2I5 表面缺乏配位的 Cu+ 和易于产生深层次缺陷的碘空位。有趣的是,延长的烷基链显著增强了改性效果。随后的实验和计算进一步证实,较长的烷基链通过氢键网络、位阻和内部电场与多个官能团相互作用,有效增强了光致发光、延长载流子寿命、抑制聚集、提高晶粒致密性。值得强调的是,5 – AVA 修饰的 Cs3Cu2I5 获得 75.6% 的 PLQY(增强 56.8%),延长了 12.6% 的载流子寿命,并显著增强紫外区光响应。此外,用这种分子工程绿色钙钛矿制作的光电探测器在 PDRC 和开关比方面分别提高了近 4 倍和 171%。这种理论指导的烷基链工程分子协同多官能团钝化策略为绿色合成光电性能优越、环保无铅的铜基钙钛矿建立了强大的框架。(Journal of Materials Chemistry C 2025 46: 23134-23148. [...]
  • 对称性感知生成发现新型反铁磁材料研究背景 自旋电子学通过利用电子自旋而不仅是电荷来存储和处理信息。当前磁随机存储器等器件大多依赖铁磁体的宏观磁矩进行读写,但铁磁体容易受到外部磁场干扰,并会产生杂散场,限制器件高密度集成。反铁磁体(AFMs)中相邻自旋反向排列,净磁矩为零,因此天然具备抗磁场干扰、低杂散场和太赫兹尺度超快磁动力学等优势。 然而,判定一个材料是否具有反铁磁基态,并非仅由化学组成决定。在高对称性的磁性晶体结构中,位于不同空间格点的磁性原子,其自旋构型可能更容易满足空间反演和时间反演的联合对称性。这种对称性将导致自旋向上与自旋向下的能带完全简并,从而形成反铁磁序。因此,反铁磁材料的发现本质上是一个多维度问题,需要同时兼顾化学空间的广度、几何结构的合理性以及晶体对称性等多重约束。 近年来,深度生成模型在晶体逆向设计中展现出巨大潜力1-4。但现有生成模型普遍缺乏对晶体对称性的显式编码,导致其生成高对称结构的效率偏低3 4,往往更倾向于产生低对称性乃至 P1 空间群的结构,难以系统地探索反铁磁材料更可能涌现的高对称空间。 研究内容 杭州电子科技大学张正明副教授等人提出了一种名为SG‑CDVAE的生成框架。他们将晶体对称性这一关键物理信息嵌入到生成模型架构中,从而实现对高对称反铁磁材料的定向设计。SG-CDVAE 以 [...]
  • 原位聚合限域实现高效蓝光钙钛矿 LED(Nature 2026)本文使用元宝 Hy3 preview 模型总结归纳 。 摘要 金属卤化物钙钛矿因其优异的光致发光特性,已成为颇具前景的发光二极管半导体材料。然而,其性能仍受限于在衬底上原位合成钙钛矿纳米晶过程中“高结晶度”与“小尺寸”之间的固有矛盾。本文报道了通过原位聚合驱动的纳米晶限域策略,合成了由高质量纳米晶组成的钙钛矿薄膜,从而实现了高效的蓝色钙钛矿发光二极管。原位形成的聚合物网络在钙钛矿纳米晶生长过程中施加了纳米尺度的空间限域作用,使纳米晶兼具小尺寸和 83% 的高光致发光量子产率。此外,具有足够配位位点的可聚合单体延长了钙钛矿团簇的晶格重排时间,从而提升了纳米晶的结晶度。所合成的钙钛矿纳米晶用于制备发光二极管后,在 491 [...]
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