目的：介绍输运设备上的DFTB+计算。

所用模块：Materials Visualizer、DFTB+

前提条件：构建用于电子输运计算的输运设备可视化工具（Building transport devices for electron transport calculations Visualizer Tutorial），绘制卟啉分子（Sketching a porphyrin），使用等值面和切片（Working with isosurfaces and slices），碳纳米管的几何优化（Working with isosurfaces and slices）教程

背景

DFTB+是一种基于密度泛函理论（DFT）双中心方法的半经验紧束缚方法。紧束缚方法的应用使其比普通DFT方法更快，但也使其依赖于称为Slater-Koster库的参数集合。该集合为标准有机分子和半导体提供了参数。

DFTB+中的电子输运任务应用非平衡格林函数（NEGF）形式来模拟两个或多个电极之间的电子输运。可利用电子输运任务计算传输函数、电流-电压特性以及潜在电荷密度分布等特性。

介绍

在本教程中，将使用DFTB+模块计算石墨烯纳米带的输运性质。

本教程包括如下部分：

• 开始

• 结构模型的初步准备

• 设置电子输运计算任务

• 分析输运函数

• 分析电子势

注意：为了和本教程中的参数保持一致，可以使用Settings Organizer对话框将项目中所有参数都设置为BIOVIA的默认值。

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新项目。

打开New Project对话框，输入DFTB Transport作为项目名，单击OK按钮。

新项目将以DFTB Transport为项目名显示于Project Explorer中。

2、结构模型的初步准备

首先导入石墨烯单位晶胞。

从菜单栏中选择File | Import...，打开Import Document对话框。导航至并打开Examples\Documents\3D Model\Graphene.xsd文件，单击Open按钮。

将石墨烯单元，创建一个锯齿形石墨烯纳米带。

选择Build | Symmetry | Supercell，打开Supercell对话框。将B设置为6，单击Create Supercell按钮，关闭对话框。

删除最上面的六边形，并通过单击Adjust Hydrogen按钮，将边缘用氢原子饱和。

                                                                      石墨烯单位晶胞

增加晶格常数，以避免周期性镜像之间的相互作用。

右键单击文档，选择Lattice Parameters。在Advanced选项卡中，取消勾选Keep fractional coordinates fixed during changes to the lattice复选框。在Parameters选项卡中，将b设置为80 Å，c设置为50 Å。关闭对话框。

使用DFTB+几何优化任务优化纳米带的几何构型。

单击Modules工具条上的DFTB+按钮，选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | DFTB+ | Calculation。

                                                                  DFTB+ Calculation对话框的Setup选项卡

将Task从Energy更改为Geometry Optimization。单击More...按钮，打开Geometry Optimization对话框。勾选Optimize cell复选框，关闭对话框。

确保Quality设置为Medium。

在Electronic选项卡中，将Slater-Koster library设置为mio。

为了提高SCC收敛性，最好使用不为零的温度进行计算。

勾选Use smearing复选框，将Smearing设置为0.001 Ha。

开始运行几何优化计算任务。

单击Run按钮，关闭对话框。

计算完成后，将建立一个名为Graphene DFTB+ GeomOpt的文件夹，其中包含优化过的结构。

现在，将使用优化后的纳米带结构创建理想的纳米带和包含用于输运的量子点的纳米带。

利用复制和粘贴在项目根目录中创建两个优化好的Graphene.xsd文档。将其重命名为GrapheneWireIdeal.xsd和GrapheneWireQD.xsd。

确保GrapheneWireIdeal.xsd为当前文件。打开Supercell对话框，将A设置为7。单击Create Supercell按钮。

打开Display Style对话框，在Lattice选项卡中，将Style更改为Original。

从菜单栏中选择Build | Symmetry | Nonperiodic Superstructure。确保末端为直的，并移除原子，直到形成如图所示的排列。

纳米带

现在已准备好在该结构中添加电极。

选择Build | Build Transport Device | Build Electrode，打开Build Electrode对话框。将电极方向Electrode direction设置为-X，单击Build按钮。然后将Electrode direction设置为+X，再次单击Build按钮。

使用优化过的纳米带结构，建立一个有中心量子点的纳米带结构模型。

使得GrapheneWireQD.xsd为当前文件。在Supercell对话框中，将A设置为32，单击Create Supercell按钮。关闭对话框。

将晶格的显示方式更改为Original，关闭Display Style对话框。

删除原子，并通过Adjust Hydrogen工具，将边缘用氢原子饱和，从而建立下图所示的纳米带。不要在单位晶胞的边界处调整末端碳原子的氢。

提示：

• 在第一个缺陷之前的左边缘有18个碳（9个氢），在第二个缺陷之后的右边缘有18个碳（9个氢）。

• 中间部分沿边缘有13个碳（6个氢）。

• 可能需要移除左侧的一些碳原子，以获得与下图一致的结构。

                  带有量子点的纳米带

提示：现在也可以对新结构进行几何优化。需要约束中心结构两侧的原子，以确保它们保持周期性。

一旦对该结构已优化完成，需删除周期性并在器件末端添加电极。

从菜单栏中选择Build | Symmetry | Nonperiodic Superstructure。确保末端为直的，并移除原子，直到其为直的。

在Build Electrode对话框中，将Electrode direction设置为-X，单击Build按钮。然后将Electrode direction设置为+X，再次单击Build按钮。关闭Build Electrode对话框。

提示：如果Build Electrode对话框上的Build按钮不可用，这意味着结构的周期性不够。要使得结构更加合适，可单击Clean按钮（在Build按钮可用之前，可能需要多次执行此操作）。

【系列教程】

Materials Studio官方教程：DFTB+——创建DFTB+参数【1】

Materials Studio官方教程：DFTB+——碳纳米管的几何优化

Materials Studio官方教程：Conformers——研究结构-能量之间的关系【1】

Materials Studio是久负盛名计算模拟软件，问世20余年来，经过不断地迭代优化，使其功能异常强大，极易上手，初学者只需通过简单的参数设置和点击鼠标就能完成DFT计算。其计算可靠性久经考验，备受Nature、Science等顶级期刊认可。

华算科技和Materials Studio官方代理深圳浦华系统联合推出Materials Studio建模、计算、分析课程。课程专为零基础学员设计，沿着理论讲解、模型搭建、性质计算、结果分析层层递进讲解，带你快速入门DFT计算。课程极度注重实操，全程线上直播，提供无限回放，课程群在线答疑。（详情点击下方图片跳转）

识别下方二维码报名，或者联系手机13005427160。