Nanodcal石墨烯之非共线自旋

Nanodcal是一款基于非平衡态格林函数-密度泛函理论（NEGF - DFT）的第一性原理计算软件，主要用于模拟器件材料中的非线性、非平衡的量子输运过程，是目前国内拥有自主知识产权的基于第一性原理的输运软件。可预测材料的电流 - 电压特性、电子透射几率等众多输运性质。

迄今为止，Nanodcal 已成功应用于1维、2维、3维材料物性、分子电子器件、自旋电子器件、光电流器件、半导体电子器件设计等重要研究课题中，并将逐步推广到更广阔的电子输运性质研究的领域。

本期将给大家介绍Nanodcal石墨烯和其它1D/2D材料 4.6-4.6.4的内容。

4.6. 非共线自旋

非共线自旋体系是相当普遍存在的，包含螺旋自旋（比如铬），螺旋体，斜交自旋（比如锰氧化物）以及铁磁材料中的畴壁。非共线自旋为电子态添加自旋量子数，并引入了一些更多的概念和可能性。本教程将在一个原子链上计算非共线自旋的电荷密度和透射谱。

4.6.1. 搭建一维C链模型

（1）双击图标“DeviceStudio快捷方式”打开软件；

（2）选择Create a new Project→OK→文件名：C atomic chain，保存类型：ProjectFiles(*.hpf)→保存即可；

（3）点击Build→Crystal构建晶格并添加C原子，其中a=b=15 Å，c=2.9 Å，α=β=γ=90°，C原子位于晶格中心，点击Preview→Build，如图：

图 4-39：

（4）点击Build→Redefine Crystal，在c方向上扩胞18倍,Preview→Build；

（5）点击按钮Convert to Device，设置左右电极的长度为-7和7，点击Preview→Build，得到1D碳原子链器件模型，如图：

（6）点击Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，设置参数并生成自洽计算所需的输入文件。

（7）点击Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，设置参数并生成自洽计算所需的输入文件。

4.6.2. 非线性自旋的自洽计算

（1）电极自洽计算

准备基组文件:C_LDA-DZP.nad，左电极的输入文件scf.input如下：

右电极的输入文件scf.input中，将C原子的自旋旋转120°，其它与左电极的相同 在Device Studio的Project窗口中，右击scf.input，Run→Run即开始自洽计算；

（2）中心区自洽 中心区的自旋旋转角度在0°和120°之间，输入文件scf.input如下：在Device Studio的Project窗口中，右击scf.input,Run→Run即开始自洽计算。

注意：一维C链自洽计算比较难收敛，这里先用Linear方法，再用Pulay方法。

4.6.3.电荷密度计算

（1）准备输入文件charge.input，如下：

（2）在Project窗口中，右击charge.input，Run→Run即开始计算。计算完成后，会产生以下输出文件:Charge.mat

（3）弧度制转化为角度（弧度=角度×π÷180°），待计算完毕后查看数据如下：

4.6.4.透射谱计算

（1）准备输入文件Transmission.input，如下：

（2）在Project窗口中，右击Transmission.input,Run→Run即开始计算；

（3）计算完成后，输出文件Transmission.xml在Device Studio中可视化分析如图：

审核编辑：彭静