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 […]

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  

QuantumATK Q-2019.12 版本已经于近日正式发布，作为新一代的原子级材料与器件模拟平台，新版的 QuantumATK 包含了很多激动人心的新增功能和性能改进。 密度泛函理论（DFT）计算引擎更新 DFT 平面波计算引擎性能显著提升 PAW 势平面波方法正式发布 k.p 方法快速计算能带 新增丰富的光学、电光性质和谱学分析工具 电子光谱带内贡献、拉曼光谱、二次谐波产生（SHG）极化率、红外光谱（含太赫兹区域）、电光张量 磁性体系的 Gilbert damping、轨道磁矩 核磁共振（NMR）：电场梯度（EFG）和屏蔽张量 分子动力学工具更新 计算比热、导热、玻璃化转变温度 计算设置和分析工具包含大量易用性更新 全新的聚合物模拟工具 新增聚合物分子、熔体的建模和模拟工具 计算聚合物工程的热-力学和其他性质 众多性能改进 DFT 和半经验 NEGF 计算性能显著改进，可以计算更大的体系 力场经验势的并行效率大大提升，有助于大体系的模拟 图形界面更新 众多作图工具的增强和更新，更加方便的作图、导入导出数据等 新增报告产生工具用于大量模拟计算结果的提取、分析数据和对数据作图，方便、快速 平面波计算引擎日趋成熟 使用模守恒（NC）势和 PAW 势的 DFT 平面波计算引擎性能显著提升 平面波（PW）引擎支持更多计算，默认参数明显改进 可以使用 LCAO 计算对 PW 计算进行初始化，支持多方法混合计算模拟，更好的平衡计算准确性和速度 PAW 势 DFT平面波计算引擎正式发布 PAW 势可以使用比 NC 势更小的截断能得到相同的精度，计算速度有明显优势 提供 GPAW、JTH 两组 […]

新一代材料与器件模拟平台QuantumATK的“终极”参考文献“QuantumATK: an integrated platform of electronic and atomic-scale modelling tools”已在线发布！[1] 除了提供总体概述和一些以前未发布的方法实现细节外，文章还提供了四个重要的应用示例： Cu、Ag和Au的声子限制迁移率 门控二维器件中的电子输运 锂离子在外电场中通过电池正极漂移的多模型模拟 SiGe合金成分相关带隙的电子结构计算 要了解更多新一代材料与器件模拟平台的概况和使用方法，敬请关注《材料学计算模拟系列课程：QuantumATK材料与器件模拟平台使用入门（11月23-24日，西安）》。 如何正确引用QuantumATK 从现在起，请 QuantumATK 的用户在任何发表使用软件得到的结果刊物中引用本文。我们建议您以以下格式提供所用软件的版本： “QuantumATK: An integrated platform of electronic and atomic-scale modelling tools”, S. Smidstrup et al., J. Phys.: Condens. Matter 32, 015901 (2020). QuantumATK, version P-2019.03, https://www.synopsys.com/silicon/quantumatk.html QuantumATK材料模拟平台概述 模拟引擎 QuantumATK模拟引擎可以使用密度泛函理论（DFT）或紧束缚模型哈密顿量进行电子结构计算，还可以在许多不同参数下提供键合或反应型经验力场。DFT可以在平面波基组或原子轨道线性组合（LCAO）基组展开电子态来实现计算。 图形用户界面 NanoLab：基于插件的图形用户界面（GUI），所有QuantumATK模拟引擎都集成于统一的GUI NanoLab links：使NanoLab能够连接其他代码的功能模块 插件服务器：为NanoLab下载数百个不同的专业功能模块 原子结构 分子（非周期体系） […]

密度泛函理论的“天梯” 1964年，Hohenberg 和 Kohn用反证法告诉我们存在这样一个“天堂”，在那里有一个通用的电子密度泛函，能够在密度泛函理论（DFT）框架中给出任意体系的基态 【1】。这是一个美好的理想。Kohn 和 Sham 在随后给出了 Kohn-Sham 方程的同时，也开始了搭建通往“天堂”的“天梯”（Jacob’s Ladder）的第一步：局域密度近似（LDA）【2】。推广的梯度近似（GGA）尤其是 PBE 泛函【3】在固体计算领域取得的巨大成功似乎提示我们这是一条正确的途径。从那以后直到今天，研究者们一直在努力修建“天梯”。 密度泛函的一般表达式很容易写出： 只包含密度项为 LDA，包含密度梯度项为 GGA，包含动能项为 meta-GGA，这三类泛函均为半局域（semi-local）泛函，他们构成了“天梯”的前三级。半局域泛函的一个重要优势就是计算速度快，但由于各种半局域泛函往往只能满足部分的约束条件，因此往往只在某些体系里计算精度较好。将半局域泛函与非局域项组合构成杂化泛函（“天梯”第四级），虽然在多个方面的计算精度有很大改进，但是计算量却是百倍的增长。 SCAN Meta-GGA泛函 最新的 SCAN 泛函（Strongly Constrained and Appropriately Normed Semilocal Density Functional）【4】是 MetaGGA 泛函的一种，是基于约束构建非经验半局域泛函的一个重要成果，因为 SCAN 泛函是第一个满足全部已知的17个约束的半局域泛函。 对 SCAN 泛函的系统测试表明，此泛函在计算各种固体的各种性质（尤其是能量相关性质）中比 LDA 和 GGA 有很大的改进，几乎达到了杂化泛函的水平，但是比杂化泛函要大大节约时间，计算量保持在半局域泛函水平【5】【6】。 密度泛函理论天梯【7】。SCAN 泛函的出现将 metaGGA 泛函的精度提高到了杂化泛函的水平。 在 QuantumATK 中使用 SCAN 泛函 SCAN 泛函已经包含在 QuantumATK 的最新版本中，同时支持平面波基组计算引擎（DFT-PlaneWave）和原子轨道线性组合基组计算引擎（DFT-LCAO），可以用于块体材料的能量、结构优化、分子动力学、动力学矩阵、电声耦合、带电点缺陷分析、磁各向异性能量等各种计算。 DFT-PlaneWave 和 DFT-LCAO 计算引擎给出的结果一致： 提示：更多更新功能详见《QuantumATK P-2019.03新版发布》和 《QuantumATK功能列表》。 文献中对 SCAN 泛函的一些测试结果 SCAN 泛函在内聚能、形成能的计算中普遍优于其他的半局域泛函，例如在硅的间隙缺陷形成能计算中得到与实验一致的结果【5】。 SCAN 泛函在主族化合物结构稳定性预测中得到了近乎完美的结果，副族化合物结构稳定性预测也比 PBE 泛函要好【5】【8】。 SCAN 泛函还更好的体现了中程的范德华相互作用，在预测冰和水分子团结构【5】以及半导体材料【6】中得到很好的结果。 也有文章认为 SCAN 泛函在二维材料的结构和电子态研究中能得到更好的结果【9】。 参考文献 Hohenberg, P. & Kohn, W. Inhomogeneous Electron Gas. Phys. Rev. 136, B864–B871 (1964). Kohn, W. & Sham, […]