目的：介绍在使用DMol³对输运器件计算的方法。

所用模块：Materials Visualizer、DMol³

前提条件：构建用于电子输运计算的输运器件可视化模型（Building transport devices for electron transport calculations Visualizer）教程

背景

DMol³中的电子输运任务采用非平衡格林函数（NEGF）形式模拟两个电极之间的电子输运。利用电子输运任务可计算输运函数和电流-电压特性。

介绍

在本教程中，将学习使用DMol³模块计算连接到两个氢链电极的锂岛的输运特性。

本教程包括如下部分：

• 开始

• 初步准备计算结构模型

• 设置电子输运计算参数

• 分析输运函数

• 分析电流-电压特性

• 分析电荷密度和电势

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

1、开始

首先启动Materials Studio并创建一个新工程。

打开New Project对话框，输入DMol3 Transport作为工程名，单击OK按钮。

新工程将以DMol3 Transport为工程名显示于Project Explorer中。

2、初步准备计算结构模型

首先导入器件结构。

从菜单栏中选择File | Import...，打开Import Document对话框。导航至并选中Examples\Documents\3D Model\HChainLi4.xsd文件，单击Open按钮。

器件结构

器件包含两个氢链和位于中心的四个锂原子岛。

3、设置电子输运计算参数

现在已经准备好用于DMol³电子输运计算任务的器件结构模型。

首先应设置器件输运的计算参数。

单击Modules工具条上的DMol3按钮，选择Calculation，或从菜单栏中选择Modules | DMol3 | Calculation。

打开DMol3 Calculation对话框。

DMol3 Calculation对话框的Setup选项卡

在Setup选项卡中，在Task下拉列表中选择Electron Transport。

单击More...按钮，打开DMol3 Transport对话框。

DMol3 Transport对话框包含专门针对电子传输计算任务的设置参数。

确保勾选Calculate transmission function复选框。

这将计算电极之间的输运函数。可以修改输运函数的范围和步数，从而适合特定器件。能量范围是相对于电极的最低费米能量给出的。

在DMol3 Transport对话框的Setup选项卡上，单击Calculate transmission function之后的More...按钮，打开DMol3 Transmission对话框。将From设置为-2，To设置为3，步数Steps设置为1001。关闭对话框。

由于输运器件是开放式系统，因此在SCF循环期间不会储存电荷，并且通常容易出现电荷波动。因此，用于电荷混合的混合参数应小于DMol3中使用的正常混合参数。

在DMol3 Transport对话框的Setup选项卡上，将Mixing amplitude设置为0.015。

作为计算的一部分，每个电极将被建模为一个周期性结构，以便计算费米能级和器件计算过程中描述电极所需的其他性质。应该确保用于计算的k点数量足够大，以便正确预测费米能级和电极的电子结构。对于此计算，默认值25就足够了。

选择Electrodes选项卡。

Electrodes选项卡显示有关氢电极的信息，并可修改其设置。此处将更改电极的名称，以便之后更容易识别。

将Electrode(1)的名称更改为source，将Electrode(2)的名称更改为drain。关闭DMol3 Transport对话框。

电极对象的名称也在3D原子文档中修改。

注意：如果使用Properties Explorer更改电极的名称，则电极将使用与新名称相关的所有设置。如果不存在任何设置，将应用默认设置。在DMol3 Transport对话框上更改名称时，当前设置将与新名称一起使用。

由于输运计算经常出现SCF循环不收敛的问题，因此可适当增加SCF循环的最大次数。

在DMol3 Calculation对话框的Electronic选项卡上，单击More...按钮，打开DMol3 Electronic Options对话框。

在SCF选项卡上，将Max. SCF cycles设置为500。

现在已准备好运行输运计算任务。

单击Run按钮。

将打开一个名为Status.txt的文本文档，显示计算任务的运行状态。该文档将实时更新，直到计算结束，可以作为了解计算进度的有效工具。输运计算只需几分钟即可完成。

现在将对同一器件设置电流计算参数。

关闭所有输出文件，使得最开始的HChainLi4.xsd为当前文档。

打开DMol3 Transport对话框，在Setup选项卡中，取消勾选Calculate transmission function复选框，并勾选Calculate current/voltage characteristics复选框。单击Calculate current/voltage characteristics后面的More...按钮，打开DMol3 Current/Voltage对话框。

将Vary potential for设置为source，将电势范围的From设置为0，To设置为1.5，Steps的数量设置为16。关闭对话框。

对于含偏压计算，可以通过减小泊松算法的网格间距来提高计算精度。

在DMol3 Transport对话框中选择Electrostatics选项卡。

在DMol3 Transport对话框的Electrostatics选项卡中， 将Max. grid spacing设置为0.3。

可以计算电荷密度和静电势，以增进对器件的理解。

选择DMol3 Transport对话框的Properties选项卡，选择Electron density性质，并勾选Deformation density选项卡。

选择Electrostatics选项卡，单击Grid...按钮，打开DMol3 Grid Parameters对话框。将Grid resolution设置为Fine。

已准备好运行该计算任务。

单击Run按钮，关闭对话框。

根据所使用的计算资源，当前计算可能需要几个小时。

【系列教程】

Materials Studio官方教程：DMol3——计算光学性质【1】

Materials Studio官方教程：DMol3——计算简单化学反应的势垒【1】

Materials Studio官方教程：DMol3——反应动力学【1】

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