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atk:创建分子结

创建分子结

在本教程中,您将学习如何用 VNL 的 Builder 构建嵌入两个金(111)表面间的著名分子结之一:二硫杂环戊二烯-苯,即 DTB (有时也被称为苯二硫醇,BDT)。

提示

本教程使用特定版本的QuantumATK创建,因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别,请在学习时务必注意。

注意

接下来的工作流程介绍将引导您对 Builder 中各种工具有相当全面的了解。对本例中表面和分子的单个操作不是特定的,而是可以应用于任何其他分子或类似结构。这就是 Builder 的思路—通过通用操作的特异序列,您可以轻松地构建甚至是高度专业化的结构。

  1. 构建分子。(如果您在数据库或外部文件里已经准备好时,这步就很简单;本例我们将在苯的基础上做修改,使之成为 DTB)
  2. 构件表面,通过分开块状晶体并创建副本,制作两个电极。
  3. 将分子放在左侧电极的表面,并将右侧电极连接到分子上。
  4. 完成器件构形。

下面的说明可能会显得有些复杂,因为每一步都包含许多操作,但通过一些培训,整个过程可以控制在 5 分钟内完成。另外,请谨记:如果您在以下步骤的任何地方出错,可使用 Undo 撤销(Ctrl + Z)!

从苯到 DTB:构建分子

  • 步骤 1:点击 Add Add From Database,从菜单中选择 Databases Molecules。找到 benzene,点击下方右下角的 + 按钮,将分子添加到 stash。

  • 步骤 2:将分子转化为 DTB,按下 Ctrl 键,点击选中苯分子上 2 个位于相反方向上的氢原子。然后打开元素周期表 ,点击 Sulfur (S) 元素。

  • 步骤 3:按下 Esc 键或点击背景的任何一处以取消选中所有的原子。
  • 步骤 4:需要调整 C-S 的键长。选择一对键合的 C-S 原子,注意要先选碳原子。打开 Open Coordinate Tools Z-matrix,设置键长为 1.75 Å。可观察到第二个被选中的原子发生了移动,即 S 原子。

  • 步骤 5:对其他的 C-S 执行同样的操作!

将金切割成两个表面

  • 步骤 6:点击 Add Add From Database,这次从菜单中选择 Databases Crystals。找到 Gold 并添加到 stash。

  • 步骤 7:打开 Builders Surface (Cleave),切割金晶体。输入密勒指数 h = 1,k =1,l = 1,然后点击 Next Next Finish。

  • 步骤 8:为了便于在 fcc 堆垛层中直观地识别出三层(ABC),将 A 层中的金原子改为 Ag,C 层中的金原子改为 T1 (选这些元素只是为了呈现协调的颜色)。

  • 步骤 9:为了使苯分子成为具有足够大表面的晶胞,点击 Bulk Tools Repeat 将结构扩大到 3×3×2 倍,C 方向上 2 倍的叠加方便我们稍后从中心区域提取电极。

  • 步骤 10:您需要通过添加真空为分子表面留些空间。打开 Bulk Tools Lattice Parameters,选择 keep Cartesian coordinates,并将 C 矢量增加到 45 Å(仍沿 Z 方向,因为对该器件是必要的)。

您现在将可以附着分子的表面上创建一个定位点。

  • 步骤 11:选择表面 C 层中一个三角形的三个原子(Tl 原子),使得三角形的中心位于 A 层中银原子之上。点击 centroid tool 在三个选定原子的质心位置插入另一个原子。通过选中这些特别的原子,在 fcc 上插入原子的位置即为我们期望的附着分子点。
  • 步骤 12:使用 Coordinate Tools Translate 在 Z 方向上将该原子移动 1.71 Å。(1.71 Å 可保证 Au-S 距离为文献 [wBMO+02] 中所述的 2.39 Å)。

  • 步骤 13:按下 Ctrl+A,选中所有原子并将其转变为金。
  • 步骤 14:另外,为了随后可以更简便地控制定位原子,将其转变为硫。

  • 步骤 15:目前为止,仅有一个金表面——而实际上应该是两个。因此,我们要再次按下 Ctrl+A,打开 Coordinate Tools Mirror。选择 “Fractional” 坐标,设置 P = [0, 0, 0.5]。点击 “Copy”,按下Apply。

将分子和表面结合

  • 步骤 16:从 stash 拖拽苯到主窗口(显示金表面所在的位置),将其添加到金的结构上。添加分子时,Builder 会自动激活为 Move mode

注意

选中分子的所有原子(可由原子周围的黄色圆圈表明);在 Move mode 下,您不能更改此选择,但可以指定用于转变和旋转选中区的所谓锚原子锚原子将由红色圆圈表示

  • 步骤 17:点击一个硫原子——它将成为一个锚原子。然后拖动它,使其最终落于左边表面上的硫定位原子的上方。由于 “Snap” 是开启的状态,它将锁定到定位原子的精确位置,当两个原子位置重合时,选中标记会变成蓝色。

  • 步骤 18:按下 Fuse ——这会消除两个重叠的硫原子中的一个(在表面的那个原子将被移除;融合时,被选中激活的原子始终被保留)。
  • 步骤 19:现在,点击另一个 S 原子(第一个将会被保持着选中状态)。然后在 Move tool 的程序窗口的 r1-r0 输入 [0, 0, 1]。这将使这两个原子——即 Z 轴上的分子对齐。关闭 Move tool 的程序窗口。

  • 步骤 20:通过按住 Ctrl 键的同时双击其中的表面上的一个原子以选中它。这将选择所有连接的原子。
  • 步骤 21:再次进入 Move mode ,点击第二个表面上的硫定位原子,使其成为锚原子。

  • 步骤 22:拖动右表面使锚原子/定位原子落在 DTB 分子游离末端的硫原子上。
  • 步骤 23:按下 Fuse 清除掉重叠两个硫原子的其中一个(这次消除的事分子上的那个原子)。关闭 Move tool 的程序窗口。

现在,您已经有了一个完整的中心区域,剩下唯一要做的就是将其转化为器件构形。

将中心区域转化为器件构形

  • 步骤 24:打开 Devices Tools Device from Bulk。因为我们已经在金 (111) 面沿 C 方向扩胞到 2 倍,故该工具会自动算出电极的大小。
  • 步骤 25:然而,这是一个非常大的中心区域,需要很长时间的计算。因此,通过对每个表面(左侧和右侧)点击 2 次 将左侧和右侧表面缩至四层。点击 OK,完成。

注意

您可以阅读 Advanced device relaxation 教程优化器件的结构。

参考

  • [wBMO+02] | M. Brandbyge, J.-L. Mozos, P. Ordejón, J. Taylor, and K. Stokbro. Density-functional method for nonequilibrium electron transport. Phys. Rev. B, 65:165401, Mar 2002. doi:10.1103/PhysRevB.65.165401.
atk/创建分子结.txt · 最后更改: 2018/06/15 10:17 由 fermi

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