Tip:
Highlight text to annotate it
X
欢迎收看ATK使用教程系列视频! 我是主讲人:娜娜。
在这个视频中,我将向您展示如何模拟一条扭曲石墨烯纳米带的电子输运性质。
本教程含三点内容。
1. 创建和优化几何结构,
2. 准备计算的脚本文件,
3. 运行计算作业和分析计算结果。
第1步:
创建和和优化几何结构。
石墨烯锯齿型纳米带是金属性的,具有完美的弹道导电性质。
在这里,我们要研究的是
在纳米带边缘处引入的Stone-Walse缺陷对电子输运散射性质的影响。
现在,我们就开始吧!
打开Virtual Nanolab,
打开"Builder"。
我们首先要创建一个完整的锯齿型纳米带,
那得转到"Stash“面板,点击"Add",
选择"from plugin"选项,
然后选择"nanoribbon",
勾选上"zigzag edge"选项,
并将宽度的值设置为8
然后点击"build"按钮。
所构建的是一条很窄的纳米带,这样计算起来就会很快。
本教程的主要目的这是演示计算的原理和步骤,
而不是进行一个严格的科学计算。
为了引入一个缺陷,我们创建一条更长纳米带。
因此,打开"Bulk tools>"下的"Repeat"选项,
在C方向的值设置为12以将纳米带扩展12倍,
然后点击"Apply"按钮。
回到3D窗口,按键盘上的Ctrl + R组合键调整视图中心。
您可以使用鼠标上的滚轮来放大或缩小3D视窗里的原子结构模型。
这样就已经创建好了一条完整的锯齿型纳米带。
现在,我们需要构造一个Stone-Walse缺陷。
要注意的是,创建一个Stone-Wales缺陷,得将一个C-C键旋转90度。
选择纳米带中的两个原子,
当鼠标单击它时,按住Ctrl键以选择多个原子。
转到"Coordinate tools>",
选择"Rotate"选项,
将旋转角度设置为90。
默认的旋转轴为X。由于它是垂直于石墨烯平面的,
所以这个默认设置就是我们想要的。
现在只需按点击"Apply"。
我们的目标是计算纳米带的电子输运性质,
因此,得将所创建的构型转换为器件构型。
为此,转到"Device tools>"选项,
选择"Device from bulk"。
默认的选项设置就可以了,因此只需点击"OK"以确定。
现在,我们已经创建好了一个器件构型,
但您可以看到在缺陷周围的键并不规则,只是旋转了而已。
因此,我们需要优化几何结构。
为了较快地结构优化,我们选用很适合于碳的Brenner势来进行结构优化。
打开"Coordinate tools",
选择"quick optimizer"
将优化的最大步数设置为100,
然后点击“Run”。
以纳米带为器件构型的结构优化,刚才所介绍的步骤也是非常方便的,
这是因为结构的周期性以自动被固定下来了。
如果不是的话,那得手动地固定结构的周期性,这会需要更多的操作步骤。
现在,纳米带的结构就优化好了。
将石墨烯纳米带传递到"Script Generator", 以定义所要用的计算方法
和设置所要计算的物理量。
第2步:
准备脚本文件
从窗口左侧栏"Blocks"开始,
双击"New Calculator"
这将在窗口"Script"栏中添加一个"New Calculator",
双击它以打开。
在本例中,我们将使用ATK中的扩展Hückel方法,
当然也可以选择"ATK-DFT"
或"Slater-Koster"紧束缚方法。
然后选择Hückel基组。
对石墨烯中碳Hückel基矢来说,最好的就是选用Cerda石墨基矢了。
另外对氢也需选择"Cerda.Hydrogen"。
取消"No SCF iteration"选择框里的勾。
这样将是进行自洽计算。
点击"OK"按钮。
我们将要计算传输谱。
双击"Analysis",
并选择"transmission spectrum",
我们也要计算两个不同的能量的传输通道。
再次双击"Analysis",
选择"transmission pathways",
重复刚才的操作。
然后打开第二个传输通道的设置,
将能量值改为在费米能级之上0.15 eV。
然后点击"OK"。
最后设置输出文件的名称。
也可点击浏览器以设置想要保存到的位置。
也是有必要保存脚本文件的。
现在,我们就准备开始运行计算作业。
第3步:
运行计算作业和分析计算结果
要运行计算作业,需将脚本文件传递到"Job Manager",
然后单击"Run Queue"
执行计算作业。
计算作业将在半小时内完成。
在Vitural NanoLab的主窗口里文件浏览器
找到NetCDF文件。
点击它.
在"Result Browser"中可看到不同的计算结果。
首先,我们画出该石墨烯纳米带的透射谱。
点击“Result Viewer"中的"show"按钮以显示出所画的图。
对于一条无缺陷而完整的锯齿型纳米带,
它的透射率在所有能量范围上都是整数
但是,对于具有Stone-Wales缺陷的纳米带,传输率被抑制了很多。
这表明缺陷有很强的强散射性。
可以更仔细地看一下。
您可以对感兴趣的范围进行选择,然后放大。
可以看到在费米能级之上0.15 eV处的透射率完全被阻塞了。
这就是为什么刚才要选择此能量来计算第二个传输通道。
这虽然不是很有意义,
但是有必要与费米能级处的传输通道相比较一下。
回到VNL的主窗口
查看传输通道。
这是费米能级处的的传输通道。
每个箭头的粗细程度表示每对原子之间的电子传输率的幅度.
箭头的方向和颜色表示电子流的方向。
将器件构型拖拉到传输通道的图上,
可显示出原子的位置。
原子之间的键将会遮住箭头,所以最好的选择是绘制线条。
为此,点击"Viewer"的菜单栏中的"Plots",
转到“properties"设置。
当然可通过鼠标右键单击来打开属性设置。
接着转到"bonds"
将"Rending"中的设置改为"line",
然后点击"Transmission pathways",
并调整颜色模式,
将设置改为"Magnitude".
这将调整着色模式,使得按透射率的局部幅度来对传输通道着色。
这就是在费米能级处的传输通道。
再来看看费米能级之外0.15 eV处的传输通道.
这就是在费米能级之上0.15 eV处的传输通道。
显然,它与费米能级的传输通道非常不同。
在我们的主页:QuantumWise.com上,或在YouTube观看QuantumWise视频系列,
您可看到更多的信息和教程。
谢谢您的收看!