石墨烯中自旋分辨的Bloch態(tài)介紹

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性、非平衡的量子輸運(yùn)過(guò)程，是目前國(guó)內(nèi)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石墨烯和其它1D/2D材料 4.3.2-4.3.2.4的內(nèi)容。

4.3.2. 引入自旋的能帶計(jì)算

4.3.2.1 自洽計(jì)算

(1)點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→SCFCalculation→Generatefile，建立Nanodcal計(jì)算所需自洽文件scf.input，C_LDA-DZP.nad（設(shè)置1，2號(hào)碳原子為自旋值為0.1，7，7號(hào)碳原子為自旋值為-0.1）：

(2)自洽計(jì)算：連接服務(wù)器（請(qǐng)參見(jiàn)Device Studio的工具欄中help→help Topic→7.應(yīng)用實(shí)例→7.1Nanodcal實(shí)例）在選擇服務(wù)器后，選中scf.input右擊run。等待計(jì)算完畢后點(diǎn)擊JobManage所示界面中的Action下的下載按鈕下載NanodcalObject.mat文件。

4.3.2.2 能帶計(jì)算

（1）在3.2.1自洽計(jì)算的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)備BandStructure的輸入文件，操作如下：

點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→Analysis→BandStructure→Generatefile

（2）計(jì)算結(jié)束后，可以通過(guò)在DS中打開(kāi)Simulator→Nanodcal→AnalysisPlot，找到對(duì)應(yīng)的BandStructure.xml文件，點(diǎn)擊打開(kāi)：

圖 4-15：

上圖得出的這個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有總自旋極化，這是非常合理的，因?yàn)樘疾皇谴判缘?。并且通過(guò)繪圖，也可以觀察到在能帶結(jié)構(gòu)中沒(méi)有自旋相關(guān)；上下態(tài)是完全簡(jiǎn)并的。但是，當(dāng)存在自旋時(shí)，的確對(duì)能帶結(jié)構(gòu)有一個(gè)極大的影響。之前在X點(diǎn)處的導(dǎo)帶和價(jià)帶的簡(jiǎn)并被破壞，一個(gè)帶隙被打開(kāi)。

4.3.2.3 EigenStates計(jì)算

（1）在3.2.1自洽計(jì)算的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)備EigenStates的輸入文件，操作如下:

點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→Analysis→EigenStates→Generatefile

圖 4-16：不同自旋的(0,0,0)點(diǎn)導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)腅igenStates:

圖 4-17：不同自旋的(0,0,0.35)點(diǎn)導(dǎo)帶底和價(jià)帶頂?shù)腅igenStates:

4.3.2.4 電荷密度計(jì)算

（1）在3.2.1自洽計(jì)算的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)備ElectronDensity的輸入文件，操作如下（以G點(diǎn)為例）：

點(diǎn)擊Simulator→Nanodcal→Analysis→ElectronDensity→Generatefile

（2）計(jì)算結(jié)束后，可以通過(guò)在DS中打開(kāi)：Simulator→Nanodcal→AnalysisPlot，找到對(duì)應(yīng)ElectronDensity.dsf文件，點(diǎn)擊打開(kāi)：

圖 4-19：(0，0，0)點(diǎn)處spinup的電荷密度