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Atomistix ToolKit (ATK)应用实例
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Atomistix ToolKit (ATK)应用实例 1 纳米碳管 2 金属接触 3 半导体纳米线 4 复杂的开关机制研究 5 分子二极管设计 6 晶体型磁通道结 1 纳米碳管 很多类气体分子容易吸附在碳管上。这些吸附分子对本来非局域的轨道产生了扰动，在碳管的透射属性中产生了成键/反键共振。当碳管附近的气体分子浓度发生改变时，这些共振将变得明显并增大或减少电子电流。这样，通过探测碳管中电流的改变，我们可以鉴定不同气体分子的存在。目前已经成功制造了这样的传感器。 a) 实线是一个NO分子吸附其上的(4,4)碳纳米管的透射系数谱。作为比较，虚线显示的是没有分子吸附的透射系数谱。在费米能处有一个明显的谷，它由吸附分子带来。透射系数谱的这个谷将转化为NO分子吸附后碳纳米管电阻的增大。 b) 吸附NO分子的碳纳米管在费米能处的态密度的可视化图像。这种图形可以对器件输运中起作用的电子通道进行可视化的分析。碳管能带与NO分子轨道的强烈耦合是透射系数谱中的谷的来源。 多壁碳纳米管包含两层或更多的不同半径的彼此套嵌的同心纳米管。管间的滑动摩擦力相当小，使得制造纳米尺度的“可变电阻”变为可能。当内管从外管中拉出时，两管间的耦合也将减小，导致电路中的电流减小。两管间的电流同样依赖于手性。而且，计算表明碳管-电极接触模式对MWNT的输运性质有决定性影响，而悬挂键可能表现为散射中心。 (12,12)和(5,5)纳米管结的有效势的可视化图像。ATK研究两种不同材料界面的独特能力促进了这些纳米管结中的电子输运研究。 2 金属接触 微电子器件的尺寸正在逐年减小，电子工业即将到达转折点，这之后量子效应将开始扮演基础角色。研究原子尺度厚度的金属线提供了一种机会，来探索传统线材在维度收缩之后将发生些什么。原子尺度金属线的制造和分类技术，包括模拟，是纳米尺度电子学细致研究的最成熟的方法，这使得研究者可以理解原子尺度电子学的很多基础性质。原子线中的电流对其中的原子产生了力的作用。丹麦技术大学的研究者们进行了金纳米线在外加偏压下的能量学研究，分析了这个称为电子迁移的过程。重要的，他们提出了一种新的关于偏压电流下原子线断裂的机制：外加的偏压使得线中的反键轨道的比重加重，这样将原子彼此推开，导致断裂。 3 半导体纳米线 半导体的电子性质在它们的维度到达纳米尺度后将发生很大变化，很大一部分纳米线受到限制尺寸和形状的影响。诸如ZnO之类的材料具有其他一些性质，使得它们成为很多应用的出色的候选者。例如，它们可以用来测量人体内微小血管中的流动，而不用限制流动本身。而且，人们预期ZnO纳米线不会因为空气中氧气的影响而产生变质（这是一个在很多器件中必须考虑的真实情况），因为它已经是“氧化”了的。与纳米管和金属不同，半导体纳米线往往在这些长度尺度上是非常坚硬的，因此它们往往被看作纳米杆。另一种可能在于，人们可以利用纳米线中的电子限制效应，这种效应在这些线中非常强并且会导致能隙的增大。而且，ZnO是一个宽带半导体，具有很高的脱缚能。所有这一切使得ZnO纳米线成为第一个UV光发射纳米器件的可能候选。 纳米线中的输运主要由线表面的态贡献。因此人们预计纳米线的电导将对其表面的功能化吸附非常敏感，使得这些系统成为很多纳米传感器应用的候选。 一个中例子给出了ZnO纳米线态密度的VNL可视化图像。此系统包含了500个原子和大约5000个电子，在一个16个节点的计算机群上花费了12个小时进行计算。 b) 纳米线一个截面的有效势分布。 4 复杂的开关机制研究 耶鲁大学的研究者们在一类有机分子中发现了巨大的负微分电阻（NDR），引起了研究使用分子NDR建造逻辑部件的巨大兴趣。该分子仅仅在使用电子受主侧基进行功能化处理后方能理解其开关机制。丹麦技术大学的研究者对使用不同侧基进行功能化的分子进行了细致的比较分析3。通过计算金属电极之间的分子的透射谱，所有的分子中都发现了两个特征峰，这与侧基无关。对峰的细致观察发现，这些峰与内在的局域分子轨道有关，而功能化并不严重的改变电导机制。分子相互作用能的计算指出，当分子被扭转时，具有侧基的分子具有一亚稳的电导态，当施加偏压时将回到高电导的稳定态。这个工作强调了关于电子输运性质和系统总能的可靠信息的重要性。 5 分子二极管设计 从原子尺度模拟结果得到的不对称分子－电极耦合强度的简化模型使得理解分子整流实验的结果成为可能。一个分子器件的制造过程至少分为两步。分子首先要吸附在衬底上，然后电极以某种方式连接在上面。这种分子吸附的不对称导致了分子整流效应。通过改变不对称的程度，调整衬底吸附或调整第二个电极的粘连方式，人们可以改变整流器的表现。人们通过原子尺度模拟研究了分子p-n结的操作，或施主-σ-受主桥。机制依赖于分子中的两个能级，一个施主，一个受主。当一个方向的偏压增大时，两个能级的能量将对齐，产生隧穿电流。在另一极性的偏压下，两个能级被拉远因而电流减小。模拟中发现了这个结果。从这个研究中发现，两个关键参数控制着器件行为：施主受主能级的差值，和介电常数以及σ桥的长度。调整这些参数将有利于优化这些器件的整流性质。 6 晶体型磁通道结 拥有巨大磁阻的磁通道结（MTJ）的研究对于磁随机存取存储器（MRAM）的发展非常重要。人们研究了不定形三氧化二铝势垒的MTJ，但这些器件只表现出了有限的MR，而且由于氧化物的非晶结构无法进行模拟研究。以氧化镁作为势垒的完全晶体型MTJ目前成为研究和可能应用的良好候选。使用分子束外延（MBE）技术，人们成功地在铁（001）表面生长了氧化镁层，而且通过MBE和脉冲激光沉积（PLD）制造了具有良好结构质量的铁－氧化镁－铁器件。研究者们使用第一原理和紧束缚方法研究了这种器件的输运性质，预言了超过1000%的隧穿磁阻（TMR）。 然而，最上面的原子层看起来似乎在氧化镁生长时发生了氧化，也许在这种器件铁－氧化镁的界面存在着一层氧化铁层，虽然生长过程中也可能没有这层氧化物。这种氧化铁层对器件的电子性质影响很大，人们预计铁－氧化铁－氧化镁－铁器件的TMR比铁－氧化镁－铁的小得多。为了避免铁表面的氧化，可以想象在生长氧化镁之前在铁衬底的表面生长一薄层金。在氧化镁－铁界面的顶端包含一层金原子来保持体系对称性，这种铁－金－氧化镁－铁 器件预计将具有高于1000%的TMR,因此是构建未来MRAM器件的一个相当有趣的系统。 用以模拟铁－氧化镁－铁界面的结构。其中包括４层氧化镁。铁原子用天蓝色表示，镁原子是紫色，氧原子是红色。 Fe-MgO-Fe Fe-FeOMgO-Fe Fe-AuMgOAu-Fe SGGA LSDA SGGA LSDA SGGA LSDA Gmajority 1.43306e-2 2.78929e-2 2.00723e-4 1.9308e-5 1.96931e-3 3.01106e-2 Gminority 1.04412e-4 1.95291e-4 1.29957e-5 1.51772e-5 1.45722e-3 4.53721e-3 ΔG 136 142 14.4 11.7 12.5 5.64 结果显示对于铁-氧化镁-铁系统，多自旋电导（Gmajority）远大于少自旋电导（Gminority），而对于铁－氧化铁－氧化镁－铁结构和铁－金－氧化镁－铁结构多自旋电导只略大于少自旋电导。这与库中的结果吻合。 另外据我所知也可以模拟STM图像分析 |
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3楼2008-12-04 18:15:26
4楼2008-12-04 18:19:00
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jghe(金币+2,VIP+0):谢谢！
jghe(金币+2,VIP+0):谢谢！
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楼上的可以看一下另外一个人发的ATK应用，里面有我存的发的资料， 纳米碳管: J. Kong et. al., Science, 287, 622, (2000). P. Pomorski et. al., Phys. Rev. B, 69, 115418, (2004). 纳米碳管 1 H. S. Gokturk, IEEE Nano2005 (2005). 2 J. Kong et. al., Science, 287, 622, (2000). 3 E. S. Snow et. al., NanoLetters, 5, 2414, (2005). 4 J. Cummings et. al., Science, 289, 602, (2000). 5 P. Pomorski et. al., Phys. Rev. B, 69, 115418, (2004). 6 Q. Yan et. al., Phys. Rev. B, 72, 155425, (2005). [ Last edited by zdhlover on 2008-12-4 at 18:24 ] |
5楼2008-12-04 18:20:41
7楼2009-04-07 16:07:14
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csfn2楼
2008-12-04 17:08
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jghe6楼
2008-12-04 20:41
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