Sentaurus Materials Workbench简介

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Sentaurus Materials Workbench(SMW)是基于 QuantumATK 提供的一套用于半导体材料模拟的工具套件,可帮助您创建材料参考模型,并使用 DFT 计算或经验势或两者来为原子水平计算设置输入文件。 SMW 可以自动生成缺陷,并包括多种技术和方案以提高计算的准确性。 SMW 包含以下功能模块: 材料技术参数(MaterialsSpecification) 使用 MaterialSpecifications 对象,您可以为计算定义计算设置。 Sentaurus Materials Workbench 带有一个MaterialSpecificationsDatabase,该数据库包含预定义的行业相关材料的的技术参数。 该数据库可以作为多数应用的起点。 MaterialSpecifications MaterialSpecificationsDatabase 能带校正(Bandstructure calibration) SentaurusBandstructureCalibration 用于将能带模型(有效质量、k.p等)的参数校准到第一原理计算的数值,这些参数可以用于Sentaurus工具的模拟。该工具支持硅的纳米线或纳米薄片。 Wire Slab SentaurusBandstructureCalibration SentaurusWireEffectiveMassModel SentaurusWireKdotPmodel SentaurusSlabKdotPmodel 单个缺陷参数和收敛性研究 ChargedPointDefect 工具可以研究多种缺陷和超胞大小的形成能和捕获能级,包括: DefectCluster Interstitial SplitInterstitial Substitutional Vacancy 这些计算都是通过 ChargedPointDefect 完成的。 能带示意图提取 BandDiagramExtraction 可以从多层 2D 结构的第一原理计算中提取能带示意图。可以提取每层中的平均导带/价带边缘,带隙和功函数/电子亲和能。 为了提取功函数,需要计算真空能量。 为了计算每一层的真空能,将多层结构分为具有真空的单层。 缺陷特征和迁移 缺陷的迁移是用在初态和终态之间的 NEB 计算完成的。 TransitionPathList […]

QuantumATK 2020.09新版发布

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概述 QuantumATK 2020.09 在密度泛函理论计算工具、动力学、NEGF 器件计算、NMR 计算分析、聚合物性质计算、图形用户界面、数据作图等方面都增加了众多新功能,此外还在 DFT 块体和器件计算性能、图形用户界面的易用性等方面有明显的提升。 升级提示 【必须】还在维护期的用户,请自助登录 Synopsys Sovlnet 网站下载最新版本的 QuantumATK 安装即可; 【推荐】可以选择同时在 SmartKey 中获取新的 License,替换现在的License; 【可选】在有必要时,将 SCL 升级到最新的 2020.06 版本; 【参考】QuantumATK 和 SCL 的升级维护操作一般步骤,详见:费米维基的相关文章。 在线讲座 2020年9月30日下午3时,Synopsys将举办免费在线研讨会介绍新版功能,欢迎报名参加(报名链接)。   密度泛函理论(DFT)和相关分析计算工具更新 混合泛函方法(HSE)现在可以用于 LCAO 基组计算,实现了使用少量的计算资源来对大型体系进行精确的 DFT 模拟。对于较小的体系,其速度比平面波 HSE 快 100 倍;对大体系的测试计算则最多达到了 2000 个原子; 新增 3D 校正的 k·p 方法,可以将平面波 HSE 的能带结构和态密度计算从数天/数小时加速到不到一分钟; Shell DFT + 1/2 方法可实现更精确的半导体带隙,新增支持 […]

压缩吡咯烷二硫代氨基甲酸锔提高共价性(Nature. 2020)

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锔在锕系元素中是独一无二的,因为它的半填充5f7壳层比其他5fn结构的能量更低,因此既难于氧化还原,(5f壳层)又不易形成化学键。这一点对钆(钆是镧系中锔的类似物)更为明显,因为相对于锔的5f轨道,钆的4f轨道更为紧缩。 然而在高压下,锔的5f电子从局域化状态转变为巡游态。这种转变形成一种晶体结构,这种结构由锔原子之间的磁相互作用决定。那么是否也可以通过施加压力来改变锔(III)-配体相互作用中的前沿金属轨道,从而诱导形成具有一定共价性的金属-配体键? 弗洛里达州立大学Thomas E. Albrecht-Schönzart,纽约州立大学Eva Zurek、Jochen Autschbach,亚琛工业大学Manfred Speldrich等课题组合作,报道了在高压(高达11GPa)下,[Cm(pydtc)4]–(pydtc,吡咯烷二硫代氨基甲酸基)的锔-硫键中,5f/6d轨道角色变化的实验与计算结果。对键性质的计算与NLMO分析,采用AMS软件ADF模块完成。计算结果表明,锔的5f轨道对锔-硫键的贡献在高压下显著增强,在11GPa时翻倍。 与[Cm(pydtc)4]–光谱中观察到的变化相比,加压后[Nd(pydtc)4]–的吸收光谱中f-f 跃迁,以及Cm(III)苯六甲酸盐的f–f 跃迁发射光谱的变化较小,这是由于它们的键性质受压力的扰动较小。 这表明,锕系化合物的共价性,即使对同一离子也是复杂的,但研究压力对锕系化合物的影响,可以指导配体的选择。 参考文献: Joseph M. Sperling, Evan J. Warzecha, Cristian Celis-Barros, Dumitru-Claudiu Sergentu, Xiaoyu Wang, Bonnie E. Klamm, Cory J. Windorff, Alyssa N. Gaiser, Frankie D. White, Drake A. Beery, Alexander T. Chemey, Megan A. Whitefoot, Brian N. Long, Kenneth Hanson, Paul Kögerler, Manfred Speldrich, Eva Zurek, […]

原子精度掺杂控制单团簇催化电化学氮还原(Nat. Comm. 2020)

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精确设计亚纳米双金属团簇掺杂,为原子级别调控催化性能提供了机会。而原子级掺杂控制与制备单分散双金属团簇催化剂一直以来都是巨大的挑战。   清华大学李隽教授课题组与新加坡国立大学、美国布鲁克海文国家实验室合作,报道了一种可控的精确掺杂单团簇催化剂合成策略,该催化剂是以缺陷石墨烯为基底,由配体对Au4Pt2团簇进行部分修饰。产生的双金属单团簇催化剂(Au4Pt2/G),具有优异的电化学氮还原活性。理论机理研究表明,N2分子在团簇和石墨烯之间的有限区域被激活。杂原子Pt增强了到N2的LUMO轨道的电子反馈,这在N2活化过程中起着不可或缺的作用。此外,除杂原子Pt外,用Pd代替Pt可以进一步调节单团簇催化剂的催化性能。 为了更直观的了解,移除配体如何改变团簇的电子性质,作者使用AMS软件中ADF模块,计算了Au4Pt2(SR)6和Au4Pt2(SR)8 (R=H)的Kohn-Sham分子轨道能级。去除两个配体,不仅减小了团簇的电子能隙,而且产生了两个分别来自Pt的5d和Au的6s的单占据轨道,而这两个活跃电子可能有助于电子从团簇转移到N2的π*轨道,从而活化N2。   参考文献: Chuanhao Yao, Na Guo, Shibo Xi, Cong-Qiao Xu, Wei Liu, Xiaoxu Zhao, Jing Li, Hanyan Fang, Jie Su, Zhongxin Chen, Huan Yan, Zhizhan Qiu, Pin Lyu, Cheng Chen, Haomin Xu, Xinnan Peng, Xinzhe Li, Bin Liu, Chenliang Su, Stephen J. Pennycook, Cheng-Jun Sun, Jun Li, Chun Zhang, Yonghua Du […]

材料光学和光谱性质的计算模拟

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光谱既是表征材料光学性质的重要方法,也是探测材料结构的重要手段。从材料结构出发对光谱进行预测,是常见的计算需求。针对不同的光波波段和光谱响应原理,计算方法上有很大不同。常见的光谱有:电子光谱、红外光谱、拉曼光谱、核磁共振谱等。 QuantumATK中包含的高可靠性的DFT、DFTB、ForceField等基础计算引擎,配合高级的电子-声子耦合模型可以很好的模拟材料的各种谱学性质。QuantumATK图形用户界面包含功能强大的建模工具,可以直接构建各种材料(分子、晶体、聚合物)等的结构,计算参数设置和计算作业的管理也直接在图形用户界面上完成,图形用户界面还提供了高质量的图形绘制工具和详尽的数据透视分析工具,节省宝贵的时间。 电子光谱 QuantumATK可以直接计算电子态的线性响应光谱(折射谱、吸收谱等)、介电函数的实部、虚部等。光学谱计算可以包括带间和带内贡献,使用 Drude 模型计算的带内贡献来自于整体电子密度的等离子体振荡,是金属体系中的主导机制。 参考链接 拉曼光谱 QuantumATK可以计算拉曼张量,声子模式的拉曼强度,考虑入射光照射到块体和二维材料上的偏振相关或偏振平均的拉曼光谱。 参考链接 红外光谱 全新的介电张量分析模块可以模拟各种介电性质,例如介电常数、光学性质(太赫兹区间的折射率、消光系数、反射率),材料的红外光谱等。介电张量模块可以包含电子和离子的贡献(即低频时与振动的耦合)。 参考链接 非线性光学谱:二次谐波产生(SHG)极化率 QuantumATK可以计算材料的二次谐波产生极化率(非线性响应函数)。 参考链接 电光张量(Electro-optical tensor) 全新的 electro-optical 分析工具计算电光效应(即外加静电场对静态介电常数的贡献),使用图形界面设置计算,自动计算动力学矩阵、光学谱、Born 有效电荷、介电张量、极化率导数和拉曼光谱等。 参考链接 核磁共振谱 EFG 分析工具,可以用于计算各原子的电场梯度和四极矩耦合常数,用于对实验谱进行峰的归属;NMR 分析工具,用于计算块体材料的核磁共振,包括四极矩耦合常数和各向同性的化学屏蔽。 参考链接:EFG 参考链接:NMR 立即试用 QuantumATK! 下载QuantumATK软件安装包 申请QuantumATK的全功能试用许可  

基于加速反应分子动力学的柠檬酸盐聚合物生物降解模拟(J. Phys. Chem. B 2020)

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具有弹性的生物可降解聚合物在组织工程领域得到了广泛的关注,而聚酯是用于制造骨组织支架的常用生物材料。最近Adri van Duin等人利用加速反应分子动力学模拟,研究了柠檬酸盐聚合物的反应性。 由于酯和乙醚水解反应的活化能垒较高,反应所需时间相对于计算机模拟时间尺度(一般在ns级别的微观时间尺度)而言非常长,因此往往需要通过特殊的方法,加速分子动力学模拟中化学反应的发生。作者在ReaxFF框架内使用了bond boost加速反应方法(参阅教程),Bond boost参数的选择是通过人为调整得到。乙醚水解比酯水解能垒高,当bond boost参数降低时,乙醚水解几乎停止。另外对聚合物进行了机械拉伸模拟,以确定其拉伸模量,显示出应变相关的行为(另见应力应变教程),发现聚酯比聚醚具有更高的韧性。   参考文献: Nabankur Dasgupta, Dundar E. Yilmaz, and Adri van Duin, Simulations of the Biodegradation of Citrate-Based Polymers for Artificial Scaffolds Using Accelerated Reactive Molecular Dynamics, J. Phys. Chem. B 124, 5311–5322 (2020)

无重元素的高效持久室温磷光分子(Advanced Materials 2020)

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持久性(寿命>100 ms)室温磷光(p-RTP)对于最先进的生物成像应用非常重要。发色团与p-RTP相关的物理参数之间关系不明,这导致寻找产率超过50%和寿命超过1s的p-RTP非常困难。日本电气通信大学最近报道了在环境条件下,不含重原素发色团的高效、长寿命p-RTP。由长共轭氨基取代无重原子芳香核,显著加快了磷光发光速率,且与分子内振动的T1态无辐射跃迁无关。设计出的其中一个生色团在环境条件下的RTP产率为50%,寿命为1s。强激发下的余辉亮度至少是传统长余辉发光体的104倍。这表明,实现小规模、低成本、达到衍射极限尺寸的高分辨率门控发射的光电探测器是可能的。 文中通过ADF计算的旋轨耦合强度,详细研究了三重态-单重态间窜跃,以及激发态的辐射跃迁寿命等。 参考文献: Indranil Bhattacharjee, Shuzo Hirata,  Highly Efficient Persistent Room‐Temperature Phosphorescence from Heavy Atom‐Free Molecules Triggered by Hidden Long Phosphorescent Antenna, Advanced Materials, 2020, 2001348  

铁中大角度晶界原子间键的强度(Adv. Mat. 2020)

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俄罗斯科学院南方科学中心Yuri F. Migal教授对铁中大角度晶界,杂质原子和合金元素原子的结合能进行了量子化学定量计算。 第四周期的元素,从钾到氪作为杂质。作者使用材料化学软件包AMS中BAND模块计算了晶体原始的能量(以孤立原子能量为参考点),以及分裂后两个体系各自的能量(以孤立原子能量为参考点),从而得到晶粒间结合能。用高角度边界模型计算的不同原子结构的结合能,与早期使用平面模型计算得到的结果定性上是一致的。结果表明,晶粒间的结合强度主要取决于晶界处原子的类型,原子的排列细节影响较小。 基于这样的现象,根据这些元素与铁之间的化学键的强弱,对位于晶界的元素进行分类成为可能。所有元素可分为三类:(i)加固作用;(ii)软化作用和(iii)不显著影响边界强度。第四周期元素,可以被分配第一类中,如钛、钒、铬、锰,钴和镍。包括硫酸钾的软化元素则包括钾、钙、砷、钪、硒、溴。这与已知的有关这些元素在实验方面的信息是一致的。  参考文献: Yuri F. Migal, Strength of Interatomic Bonds at High-Angle Grain Boundaries in Iron, Advanced Materials pp 227-234

第五主族二维衍生物BiN的电子性质与输运特性的理论研究

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摘要 在当今后摩尔时代下,器件芯片的高性能、低功耗特性对于物联网、人工智能和 5G 等关键领域而言将变得至关重要。然而,随着摩尔定律的发展,传统晶体管的节点推进和尺寸缩小的趋势逐渐放缓,难度也逐渐增大。因此,技术创新是后摩尔时代微电子器件实现多样化发展的关键,特别是晶体管的沟道材料。最近,新兴的二维半导体材料受到了研究者们的广泛关注,其凭借着传统半导体不具备的超薄的厚度、自然钝化的表面、良好的栅控能力、高的迁移率等优异性质,在下一代微纳电子器件的发展进程中发挥了关键作用。 近日,南京理工大学张胜利教授团队基于有效质量差异性设计了高性能、低功耗亚 10 纳米二维 BiN 晶体管,结合第一性原理和非平衡格林函数理论,探索了有效质量、态密度、开态电流、亚阈值摆幅等性质受能带散射程度的影响,揭示了二维 BiN 晶体管在窄沟道器件应用上的潜力,为开发新一代二维微电子器件提供了新的思路。相关研究成果以“Designing sub-10-nm Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors via Ballistic Transport and Disparate Effective Mass: The Case of Two-Dimensional BiN”为题发表于应用物理类期刊《Physical Review Applied》,博士生周文瀚为第一作者。 参考文献 H. Zhou, S. L. Zhang, S. Y. Guo, Y. Y. Wang, J. Lu, X. Ming, Z. Li, H. Z. Qu, H. B. Zeng, “Designing sub-10-nm […]

食源性病抗菌剂与氧化抑制剂-面包树提取物:RSM、COSMO-RS与分子对接研究(Sci. Rep. 2020)

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油脂氧化和微生物污染是导致食品变质的主要因素。食品添加剂,如抗氧化剂和抗菌剂,可以通过延缓氧化和防止细菌生长来防止食品腐败。面包树叶具有良好的生物学特性,是天然抗氧化剂和抗菌剂的新来源。马来西亚国际伊斯兰大学Mohammad Norazmi Ahmad等,采用响应面法优化了超临界流体萃取法(SFE)从叶片中提取生物活性物质的工艺,提供产率、抗氧化活性。最佳萃取条件为:温度50.5℃、压力3784 psi、萃取时间52 min。验证试验结果(Tukey试验)表明,预期的DPPH活性与实验的DPPH活性及收率(99%)无显著差异。 气相色谱-质谱(GC-MS)分析表明,面包树提取物中含有三种主要的生物活性成分。该提取物具有2,3-二苯基-1-苦基肼(DPPH)清除活性、血浆铁还原能力(FRAP)、羟基清除活性、酪氨酸酶抑制率,分别为41.5%、8.15 ± 1.31毫克(相当于抗坏血酸的微克)、32%、37%,抑制区直径分别为0.766 ± 0.06 cm(蜡样芽胞杆菌)和1.27 ± 0.12 cm(大肠杆菌)。 利用COSMO-RS解释了超临界流体萃取过程中主要生物活性物质的萃取机理。分子静电势(MEP)显示了细菌在抑制过程中亲核和亲电攻击的概率位点。分子对接研究表明,主要生物活性物质与细菌之间发生的主要相互作用(抗菌抑制)是非共价相互作用。 参考文献: Mohammad Norazmi Ahmad, Nazatul Umira Karim, Erna Normaya, Bijarimi Mat Piah, Anwar Iqbal & Ku Halim Ku Bulat, Artocarpus altilis extracts as a food-borne pathogen and oxidation inhibitors: RSM, COSMO RS, and molecular docking approaches, Scientific Reports volume 10, Article number: 9566 (2020) 相关图文教程: 分子静电势的计算 表面电荷密度与σ-Profile、σ-Potential 计算萃取分配系数 相关视频教程: 流体热力学计算:表面电荷密度、分子静电势、σ-Profile、气体溶解度