Nanodcal是一款基于非平衡態(tài)格林函數(shù)-密度泛函理論（NEGF - DFT）的第一性原理計(jì)算軟件，主要用于模擬器件材料中的非線(xiàn)性、非平衡的量子輸運(yùn)過(guò)程，是目前國(guó)內(nèi)唯一一款擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于第一性原理的輸運(yùn)軟件?？深A(yù)測(cè)材料的電流 - 電壓特性、電子透射幾率等眾多輸運(yùn)性質(zhì)。

迄今為止，Nanodcal 已成功應(yīng)用于1維、2維、3維材料物性、分子電子器件、自旋電子器件、光電流器件、半導(dǎo)體電子器件設(shè)計(jì)等重要研究課題中，并將逐步推廣到更廣闊的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究的領(lǐng)域。

本期將給大家介紹Nanodcal自旋器件1.4-1.4.1的內(nèi)容。

1.4 金屬納米線(xiàn)非共線(xiàn)自旋計(jì)算

電子除了具有電荷的屬性外，還具有內(nèi)稟自旋角動(dòng)量，在外磁場(chǎng)中，不僅受洛侖茲力的作用，還通過(guò)內(nèi)稟磁矩和外場(chǎng)發(fā)生耦合。將自旋屬性引入半導(dǎo)體器件中，用電子電荷和自旋共同作為信息的載體，將會(huì)發(fā)展出新一代的器件， 稱(chēng)為電子自旋器件。這種新的器件利用自旋相關(guān)的效應(yīng)（載流子的自旋和材料的磁學(xué)性質(zhì)相互作用），同時(shí)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體技術(shù)，將具有非揮發(fā)、低功耗、高速和高集成度的優(yōu)點(diǎn)。本文中對(duì)金屬納米線(xiàn)進(jìn)行共線(xiàn)及非共線(xiàn)的自旋計(jì)算，來(lái)研究其性質(zhì)。

本教程的模型結(jié)構(gòu)如下：

圖 1-32:

1.4.1 研究背景

（1）雙擊圖標(biāo)“Device Studio快捷方式”打開(kāi)軟件；

（2）選擇Create a new Project→OK→文件名：Ni(111)，保存類(lèi)型：ProjectFiles(*.hpf)→保存即可；

（3）從數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索導(dǎo)入Ni，如下：

File→Import→Import Local，找到文件夾Puremetal→Ni.hzw，點(diǎn)擊打開(kāi)；

圖 1-33: 導(dǎo)入的Ni原子的結(jié)構(gòu)示意圖

（4）點(diǎn)擊Build→Redefine crystal→face-centered→Build

圖 1-34: Ni原子的面心立方結(jié)構(gòu)

（5）點(diǎn)擊Build→Surface/Slab→Build，(h, k, l)=(1, 1, 1)，Thichness=12.21?

（6）點(diǎn)擊快捷鍵Surface/Slab，重新定義晶格參數(shù)：

圖 1-36: 從新定義晶格參數(shù)的圖形界面

（7）點(diǎn)擊快捷鍵PeriodicTable添加Ni原子，原子坐標(biāo)為（1.86888325，1.07900023，14.24249363）；（1.86888325，1.07900023，16.73497391）；（1.86888325，1.07900023，19.22745363）：

圖 1-39: 添加原子界面

（8）選中原子，點(diǎn)擊鏡面對(duì)稱(chēng)快捷鍵Mirror，選擇沿xy面進(jìn)行鏡面對(duì)稱(chēng)的操作，距離為2.49248 ?，點(diǎn)擊Apply:

圖 1-40: 選中原子的圖形界面

圖 1-41: 鏡面對(duì)稱(chēng)相關(guān)的參數(shù)設(shè)置示意圖

圖 1-42: 鏡面對(duì)稱(chēng)后的結(jié)構(gòu)示意圖

(9)點(diǎn)擊Build→Convert to Device，勾選左右電極，點(diǎn)擊Build:

圖 1-43: 鏡面對(duì)稱(chēng)后的結(jié)構(gòu)示意圖

（10）點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，建立Nanodcal計(jì)算所需文件。