概述
QuantumATK从最新版本开始引入了一个全新的、独一无二的半无限表面模型。与非平衡态格林函数方法配合，半无限表面模型可以比表面slab模型更完善的模拟表面体系。描述此方法的文章已经在Phys. Rev. B 96,195309 上发表（预印文章参见：https://arxiv.org/abs/1707.02141）。
模型
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模型来描述表面体系，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；
- 两个表面之间可能相互影响；
- 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。
单电极表面（One-probe surface）模型（或半无限表面模型）
为此，QuantumATK 基于 DFT 和格林函数方法方法开发了真正可以模拟半无限表面体系的模型，即将一个表面 Slab 模型耦合于半无限的块体结构上（见下图）。
这种模型有以下几个独特的优势：
- 算法复杂度降低，特别适合大体系计算；
- 表面性质对表面层数的依赖显著降低；
- 只需很少的层数就可以再现块体的电子态；
- 可以正确的施加垂直表面方向的电场，模拟电场对表面体系的影响。
应用
文章报道了半无限表面模型的原理和应用，这些应用实例展示了半无限表面模型和格林函数方法的精确性，也证实了这个模型在表面体系研究中比传统模型具有明显的优势。
- 计算过渡金属的功函数
- 计算贵金属和拓扑绝缘体的表面态
- Ge(001)|Si薄膜半导体异质结构的能带对齐
- 电场对碘在Pt(111)上吸附的影响
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- 内嵌晶体结构数据库
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应用领域
与QuantumATK中的结构优化、能量计算、CI-NEB过渡态搜索等功能结合，这种模型还在表面化学、催化等领域有广泛的潜在应用。
- 表面功函数
- 表面态
- 表面反应过渡态与催化
- 拓扑绝缘体
相关的实例教程
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参考
S. Smidstrup, D. Stradi, J. Wellendorff, P. Khomyakov, U. Vej-Hansen, M-E. Lee, T. Ghosh, E. Jonsson, H. Jonsson and K. Stokbro, “First-principles Green’s-function method for surface calculations: a pseudopotential localized basis set approach”. Phys. Rev. B 96,195309 (2017). arXiv:1707.02141 [cond-mat.mtrl-sci].