QuantumATK:磁性与自旋性质模拟工具

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概述

QuantumATK包含了最新的模拟方法,即用密度泛函理论(DFT)来模拟自旋电子器件。在模拟中可以考虑含旋轨耦合的非共线自旋计算,MetaGGA泛函,非平衡态格林函数(NEGF)器件模拟,等等。QuantumATK在进行非共线自旋、自旋轨道耦合自洽计算方面在不断进步,越来越快速可靠。

  • 磁各向异性能量(MAE)
    • 使用功能强大的study object进行磁各向异性能量(magnetic anisotropy energy,MAE)的计算,支持中断时自动续算
    • 图形界面支持计算设置和分析,给定theta和phi角,投影(原子位、原子位和壳层、原子位和轨道)、能量窗口、每电子能带数、k点采样
    • MAE对坐标(x/y/z)作图,对给定的角度和投影
  • 海森堡交换分析(Heisenberg exchange analysis)
    • 使用格林函数方法计算Heisenberg 模型的交换耦合常数的新方法,在一个磁性结构计算中获得所有交换耦合参数;
    • 使用Heisenberg 自旋-晶格模型经验方法研究有限温度下的磁性,例如:磁性体系的相图,相变和磁化动力学;
    • 可以使用密度泛函理论(DFT+U)与 LCAO 基组计算
    • 与基于多个磁性结构的总能计算的传统方法相比,这种方法可以在一个磁性结构计算中获得所有交换耦合参数
    • 设置需要分析耦合的原子非常方便
  • 自旋寿命
    • 计算在实际温度时,由电子-声子相互作用决定的自旋寿命(还与自旋-轨道耦合有关,Elliot-Yafet机理);
  • 轨道磁矩
    • 分析原子轨道磁矩;
  • 自旋动力学
    • 计算 Gilbert damping 张量(即可以考虑各向异性),得到的 Gilbert damping 常数可以用于 TCAD S-device 和其他工具,模拟微磁体系;
    • 可以模拟晶体、合金、表面、界面的 Gilbert damping;
    • 使用 Kambersky torque-torque correlation 模型。
  • 自旋输运
    • 计算有偏压存在时的自旋极化电流-电压特性
    • 计算如Fe/MgO/Fe类似结构的磁性隧道结(magnetic tunnel junctions,MTJ) 的隧穿磁阻
    • 计算 spin-transfer torque (STT) 与层内的交换耦合作用
    • 研究自旋输运(透射)的机理,可以对透射系数在k空间中进行分解并分析透射的本征通道
    • 考虑自旋轨道耦合、非共线自旋输运

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  • 快速构建各种结构模型
  • 按原子类别、标签设置初始原子磁矩
  • 直接显示不同自旋的电流、输运系数谱
  • 对输运系数进行k空间、透射通道分析
  • 直接显示原子上自旋的分布
  • 直接显示Spin-Transfer Torque分布

相关实例教程

自旋输运与自旋电子学系列
自旋输运谱
磁性隧道结
非共线自旋
自旋分辨的Bloch态
自旋轨道耦合
  • QuantumATK支持含自旋轨道耦合(SOC)的自旋极化计算
  • SOC可以给出准确的半导体材料的Gamma点的SOC能级劈裂
  • SOC计算可以与密度泛函理论(DFT)或半经验量子力学方法(SemiEmpirical)一起使用

 

soc-gga-band拓扑绝缘体
  • 使用SOC等高级方法计算体系的电子(自旋)态
  • 使用Slab模型计算并分析体系的表面态与自旋分布状况
  • 研究Dirac锥附近的费米面和自旋方向(右图)
  • 计算TI的拓扑不变量
  • 教程链接:Bi2Se3 topological insulator
fermi_surface_topological
相对论效应

gold_soc_gga_band


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