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atk:如何弛豫器件体系的几何结构 [2016/09/19 16:11] – [中心区域弛豫] dong.dong | atk:如何弛豫器件体系的几何结构 [2018/03/20 18:40] (当前版本) – liu.jun | ||
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====== 如何弛豫器件体系的几何结构 ====== | ====== 如何弛豫器件体系的几何结构 ====== | ||
- | 在这篇教程中,你会学习到如何利用“刚性”(rigid body)结构限制和简单的优化步骤,来快速、可靠的弛豫一个器件结构的内坐标。 | + | 在使用QuantumATK进行器件(Device)模型的计算时,如何进行可靠的进行结构优化是常常困扰用户,尤其是初学者的重要问题。在这篇教程中,你会学习到如何利用“刚性”(rigid body)结构限制和简单的优化步骤,来快速、可靠的弛豫一个器件结构的内坐标。 |
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+ | 本教程中针对的是一个 A、B 方向上为周期性结构的 “三维” 器件,尤其值得注意的是两端电极是不同种材料构成,这导致了在构建界面时的晶格匹配和由于 A、B 方向应力导致的 C 方向的伸缩,类似的体系还包括: | ||
+ | * 磁性隧道结一类的多层结构; | ||
+ | * 同种材料的不同晶向构成电极。 | ||
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+ | 两端电极相同时,不会存在晶格匹配和应力问题,但这里介绍的优化方法也同样适用。 | ||
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+ | <WRAP center info 100%> | ||
+ | === 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。** | ||
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- 第二步:优化中心区域。中心区域的最优长度通常是未知的。对于周期性结构,还需要使应力最小化。但是,应力场对于器件结构来说是不唯一确定的,因此需要使用其他的方法。 | - 第二步:优化中心区域。中心区域的最优长度通常是未知的。对于周期性结构,还需要使应力最小化。但是,应力场对于器件结构来说是不唯一确定的,因此需要使用其他的方法。 | ||
- | 在第二步中,我们必须在确保电极扩展层内坐标不变的前提下最小化器件总能量。在ATK里至少有两种方法实现。 | + | 在第二步中,我们必须在确保电极扩展层内坐标不变的前提下最小化器件总能量。在QuantumATK里至少有两种方法实现。 |
==== BRR方法 ==== | ==== BRR方法 ==== | ||
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==== 1D最小化 ==== | ==== 1D最小化 ==== | ||
- | 更“暴力”的方法是将器件体系能量对内坐标和中心区域长度优化至最小,即在改变中心区域长度的同时进行整个双电极器件的计算。这是一个一维原子链最小化的问题,在每一步都针对原子位置作弛豫。因此,我们称之为 1DMIN。为此,我们发展了用 | + | 更“暴力”的方法是将器件体系能量对内坐标和中心区域长度优化至最小,即在改变中心区域长度的同时进行整个双电极器件的计算。这是一个一维原子链最小化的问题,在每一步都针对原子位置作弛豫。因此,我们称之为 1DMIN。为此,我们发展了用 |
这篇教程介绍了利用 BRR 和 1DMIN 方法对电极和中心区域的弛豫。教程中的实例是用经典力场方法对银-金接触表面进行弛豫。利用经典势可以使计算更快捷,同样的方法可以适用于 DFT 计算。通常,我们会建议利用 DFT 计算来检验 ATK-Classical 计算的结果。 | 这篇教程介绍了利用 BRR 和 1DMIN 方法对电极和中心区域的弛豫。教程中的实例是用经典力场方法对银-金接触表面进行弛豫。利用经典势可以使计算更快捷,同样的方法可以适用于 DFT 计算。通常,我们会建议利用 DFT 计算来检验 ATK-Classical 计算的结果。 | ||
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- | ===== 两电极器件的1DMIN 优化 ===== | + | ===== 两电极器件的 1DMIN 优化 ===== |
- | 我们现在可以搜索器件全局最小能量结构了。通过Save as, | + | 我们现在可以搜索器件全局最小能量结构了。通过 Save as, |
{{ : | {{ : | ||
- | 现在我们将用SciPy minimization程序搜索可以使能量最小化的中心区域长度。我们将从device_in.nc的器件结构开始。 | + | 现在我们将用 SciPy minimization 程序搜索可以使能量最小化的中心区域长度。我们将从 device_in.nc 的器件结构开始。 |
- | 我们需要两个脚本:[[http://docs.quantumwise.com/ | + | 我们需要两个脚本:{{ :atk:device.zip |}}和{{ :atk: |
<WRAP center round info 100%> | <WRAP center round info 100%> | ||
- | **注意** | + | === 注意 |
- | 利用device.py 计算其他体系,需要修改脚本,设定相应的势以便能够处理新体系。 | + | 利用 device.py 计算其他体系,需要修改脚本,设定相应的势以便能够处理新体系。 |
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- | 两个脚本都可以在VNL的Project Files中看到。拖拽device.py至Jobs,并运行脚本。 | + | 两个脚本都可以在 VNL 的 Project Files 中看到。拖拽 device.py 至 Jobs,并运行脚本。 |
- | 一旦计算完成,将会出现一个数据图窗口。蓝色点是弛豫结构的总能量。晶胞的最初长度是28.51 Å,其他的蓝点是算法模拟出来的结果。其中位于28.58 Å的红色点为中心区域能量最低的点。优化程序只简单地绘制出所示的势能曲线,并找到它的最小值。 | + | 一旦计算完成,将会出现一个数据图窗口。蓝色点是弛豫结构的总能量。晶胞的最初长度是 28.51 Å,其他的蓝点是算法模拟出来的结果。其中位于28.58 Å 的红色点为中心区域能量最低的点。优化程序只简单地绘制出所示的势能曲线,并找到它的最小值。 |
{{ : | {{ : | ||
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手动关闭弹出的窗口可以结束脚本运行。 | 手动关闭弹出的窗口可以结束脚本运行。 | ||
- | 弛豫器件结构保存在输出文件“device_out.nc”,并包含总能量。红色点处的结构(最终找到的能连个最低点)是最后一个器件结构(id最大的那一个)。 | + | 弛豫器件结构保存在输出文件 “device_out.nc”,并包含总能量。红色点处的结构(最终找到的能连个最低点)是最后一个器件结构(id 最大的那一个)。 |
- | 在**Viewer**中,能量最小点的结构如图所示: | + | 在 **Viewer** 中,能量最小点的结构如图所示: |
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- | 这个例子里,1DMIN弛豫后结构与BRR弛豫的结构相比较,变化十分细微。这可以看出,通常情况BRR方法的结果已经足够精确,并不需要再进行1DMIN的步骤。1DMIN仅用于极其精确的计算。 | + | 这个例子里,1DMIN 弛豫后结构与 BRR 弛豫的结构相比较,变化十分细微。这说明通常情况 BRR 方法的结果已经足够精确,并不需要再进行 1DMIN 的步骤。1DMIN 仅用于极其精确的计算。 |
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===== 信息图 ===== | ===== 信息图 ===== | ||
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===== 参考 ===== | ===== 参考 ===== | ||
- | * 英文教程:[[http:// | + | * 英文原文:[[http:// |
- | + | * 中文翻译:闫强。 | |
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