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atk:磁性隧道结中的自旋输运 [2016/12/15 11:55] – [初始构型] nie.han | atk:磁性隧道结中的自旋输运 [2018/03/20 22:12] (当前版本) – liu.jun | ||
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本实例将为您展示如何对磁性隧道结(MTJs)的电子输运性质进行模拟和分析(通常用于自旋电子学应用的研究)。你将考虑一个Fe|MgO|Fe磁性隧道结,它是一个比较复杂的自旋极化体系,MacLaren和他的合作者们首次研究了这个体系[BZSM01]。 | 本实例将为您展示如何对磁性隧道结(MTJs)的电子输运性质进行模拟和分析(通常用于自旋电子学应用的研究)。你将考虑一个Fe|MgO|Fe磁性隧道结,它是一个比较复杂的自旋极化体系,MacLaren和他的合作者们首次研究了这个体系[BZSM01]。 | ||
- | 您将使用ATK来学习共线/ | + | 您将使用QuantumATK来学习共线/ |
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===== 入门指南 ===== | ===== 入门指南 ===== | ||
- | 使用在Builder插件中的Magnetic Tunnel Junction来创建一个Fe|MgO|Fe隧道结很容易。然而,器件构型需要进行结构优化,而这不是本实例的主要目的。我们为此提供了优化好的器件中心区的ATK Python脚本,[[http:// | + | 使用在Builder插件中的Magnetic Tunnel Junction来创建一个Fe|MgO|Fe隧道结很容易。然而,器件构型需要进行结构优化,而这不是本实例的主要目的。我们为此提供了优化好的器件中心区的QuantumATK |
现在,打开VNL,创建一个新项目并命名,选中它然后点击Open。下载[[http:// | 现在,打开VNL,创建一个新项目并命名,选中它然后点击Open。下载[[http:// | ||
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**注意!** | **注意!** | ||
- | Device from Bulk工具栏将会建议几个不同的电极长度。这是通过搜索中心区域的周期性来检测到的。应检查和仔细选择这些重要参数。更多信息详见实例[[atk: | + | Device from Bulk工具栏将会建议几个不同的电极长度。这是通过搜索中心区域的周期性来检测到的。应检查和仔细选择这些重要参数。更多信息详见实例[[atk: |
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===== 自适应k点网格 ===== | ===== 自适应k点网格 ===== | ||
- | AdaptiveGrid类为对于k点取样的传统的Monkhorst-Pack(MP)网格实现了可供替代的选择。正如ATK参考手册条目AdaptiveGrid中所详述,自适应k点网格可被用于自动放大电子透射谱的重要特征。当k依赖透射以局部峰值为主导时(比如在Fe|MgO|Fe MTJ中),总的计算的透射会严重依赖这些峰值的解析,对此使用自适应k点网格是尤为有用的。 | + | AdaptiveGrid类为对于k点取样的传统的Monkhorst-Pack(MP)网格实现了可供替代的选择。正如QuantumATK参考手册条目AdaptiveGrid中所详述,自适应k点网格可被用于自动放大电子透射谱的重要特征。当k依赖透射以局部峰值为主导时(比如在Fe|MgO|Fe MTJ中),总的计算的透射会严重依赖这些峰值的解析,对此使用自适应k点网格是尤为有用的。 |
自适应算法本质上将布里渊区(BZ)按三角形划分并对所有三角形求积分。每个三角形以迭代的方式显著变小直到达到收敛,但当细化级别数达到 '' | 自适应算法本质上将布里渊区(BZ)按三角形划分并对所有三角形求积分。每个三角形以迭代的方式显著变小直到达到收敛,但当细化级别数达到 '' | ||
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**提示!** | **提示!** | ||
- | 自适应网格功能从ATK2016开始可供使用。 | + | 自适应网格功能从2016版开始可供使用。 |
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通过点击插件工具栏上的{{: | 通过点击插件工具栏上的{{: | ||
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+ | ==== 几何优化 ==== | ||
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+ | 将器件中心区域送到{{: | ||
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+ | 同时,改变默认输出文件名为'' | ||
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+ | {{ : | ||
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+ | Calculator和InitialState设置应与在Parallel spin部分所使用的设置很相似: | ||
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+ | • **Calculator**: | ||
+ | * 选择SGGA交换关联方法。 | ||
+ | * 增加电子温度到1200K。 | ||
+ | * 设置k点网格为7x7x2。这个选择给出一个在x和y方向合理的k点取样。在z方向,您想要构建一个器件构型,所以在边缘的铁原子必须是块材类似的。在z方向选择2个k点使铁边缘原子的描述更像块体。 | ||
+ | * 普通列表项目为铁元素选择SingleZetaPolarized 基组。 | ||
+ | |||
+ | • **Initial State**: | ||
+ | * 选择User spin作为初始态的类型。 | ||
+ | * 设置氧原子和镁原子的相对自旋为0。 | ||
+ | |||
+ | 接下来,打开{{: | ||
+ | 点击Add Constraints来打开**Constraints Editor**。之后进行如下操作: | ||
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+ | * 通过按住Ctrl键并在原子周围点住鼠标画矩形来选择下图所示的原子。然后点击Add tag from Selection来为这些原子分配标签为“Selection 0”。 | ||
+ | * 对右手边电极扩展的原子做同样的操作,但使得约束类型为“Fixed”。 | ||
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+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | {{ : | ||
+ | |||
+ | 将脚本保存为 '' | ||
+ | |||
+ | <code python> | ||
+ | atkpython mgo_relax.py > mgo_relax.log | ||
+ | </ | ||
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+ | 如果需要,您也可以在此下载脚本:[[http:// | ||
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+ | === 检查结果 === | ||
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+ | 在**LabFloor**上找到计算数据项。选择**Forces**项(// | ||
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+ | {{ : | ||
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+ | 注意所有x-y方向的力为了实用目的都为零。对于已经被优化的原子,它们的受力小于优化标准0.05 eV/ | ||
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+ | 您现在可以使用优化好的器件中心区域来进行器件输运性质的计算,参考Getting started部分。 | ||
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===== 参考文献 ===== | ===== 参考文献 ===== | ||
+ | [BZSM01] (1, 2) W. H. Butler, X.-G. Zhang, T. C. Schulthess, and J. M. MacLaren. Spin-dependent tunneling conductance of Fe|MgO|Fe sandwiches. Physical Review B, 63(5): | ||
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+ | 本文翻译:王吉章 | ||
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