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xirainbow木虫 (正式写手)
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【分享】量化软件 - 输运相关 (zz) 已有11人参与
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文章来源： http://www.materialssimulation.com/software/18 http://blog.sina.com.cn/s/blog_5f15ead20100ei6j.html 软件名称 软件分类 Atomistix ToolKit Linux, Unix, 商业软件, Windows, 密度泛函, 集成计算平台, 可视化 Green Linux, 免费软件, Unix, 紧束缚方法, 半经验方法 Nextnano3 Linux, 免费软件, Unix, Windows, MacOS OpenMX Linux, 免费软件, Unix, Windows, 密度泛函 Smeagol Linux, 免费软件, Unix, 密度泛函 WanT Linux, 免费软件, Unix, 密度泛函 Atomistix ToolKit： 官方主页: http://www.quantumwise.com/ Atomistix ToolKit (ATK)是一个能模拟纳米结构体系和纳米器件的电学性质和量子输运性质的第一性原理电子结构计算程序。对于所模拟的纳米器件的电极，它可以是纳米管或金属。对于所模拟的纳米结构体系，它可以是两种不同材料形成的界面区，或界于两个金属表面之间的分子。ATK是由Atomistix公司在McDCal、SIESTA和TranSIESTA等电子结构计算程序包的基础上根据现代软件工程原理开发出来的第一个商用的模拟电子输运性质的大型计算软件，它的前身是TranSIESTA-C。目前版本(2.0.4)的ATK采用C和C++高级语言来编写核心的库代码，即将在2006年12月发布的ATK2.1版本并在此基础上提供了Python脚本语言编写的各种函数接口，用户可以利用所提供的函数接口采用Python脚本语言来编写和实现特定的计算功能和数据处理。 基于密度泛函理论，ATK实现了赝势法和原子轨道线性组合方法等现代电子结构计算方法。在此基础上，它利用非平衡格林函数方法来处理纳米器件在外置偏压下的电子输运性质。因此它能处理纳米器件中的两个电极具有不同化学势时的情况，能计算纳米器件在外置偏压下的电流、穿过接触结的电压降、电子透射波和电子的透射系数等等。ATK也实现了自旋极化的电子结构计算方法，因此它也可以处理纳米器件中相关的磁性和自旋输运问题。除此之外，ATK也能进行传统的电子结构计算，处理孤立的分子体系和具有周期性的体系。另外ATK也采用非常有效和稳定的算法来精确地计算原子所受的力并优化体系的几何结构。 功能 1. 基于密度泛函理论，采用第一性原理电子结构计算方法自洽计算分子、周期结构和双电极体系的电子结构 2. 采用非平衡格林函数方法并结合复平面积分手段来计算纳米器件在外置偏压下的电流 3. 实现了局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的交换关联函数，以及相关的自旋极化计算 4. 能计算自旋极化情况下的电流-电压(I-V)曲线和透射谱(T-Energy或G-Energy)等 5. 实现了Hoffmann-Muller发展的扩展Huckel方法 6. 实现了从SIESTA程序包中发展出来的局域数值轨道 7. 利用MPICH实现了并行计算的功能，特别是在输运性质计算、k点取样、能量积分和矩阵元计算中进行了优化处理 8. 能计算分子体系的分子能级（包括HOMO和LUMO能级）、分子轨道和HOMO-LUMO能隙 9. 能计算周期性体系的能带、布络赫(Bloch)波函数和费米能级等 10.能计算双电极体系的透射谱、本征通道、态密度、分子投影自洽哈密顿(MPSH)轨道和态密度实空间分布 11.能计算体系的电荷密度和有效势 12.能计算双电极体系的电流-电压(I-V)曲线 13.对周期性结构和双电极体系实现了Monkhorst-Pack k点取样方法 14.对透射谱和电流进行了k点取样的处理 15.通过在中心区施加外势场来近似处理门电压并模拟三端器件的电学性质 16.提供了元素周期表中从H(1)-Lr(103)各种元素的从头模守恒赝势 17.在电子结构自洽计算过程中，采用了Broyden或Pulay混合算法 18.基于密度泛函理论计算原子所受的力，并采用共轭梯度(CG)方法优化和驰豫原子位置，以及采用类似的方法来处理双电极体系在外置偏压情况下的几何结构优化问题 19.通过Fermi分布来指定电子气的温度 20.可处理双电极体系中的两端电极由不同材料组成时的情况 21.Mulliken布居分析 22.输入文件采用了自由、弹性和简单的文本格式 23.对计算结果按NetCDF格式输出 ATK(包括TranSIESTA-C)的成功应用案例： 1. 分子接触器件和隧道器件的I-V特征曲线 2. 分子电子器件的功放和转换性质 3. 分子线、半导体纳米线和碳纳米管的电子输运性质 4. 金属-纳米管接触结和纳米管-纳米管接触结的电阻和电容性质 5. 原子线中的电子迁移性质 6. 碳纳米管的场致发散性质 7. MOS器件中漏电流问题 8. 界面处的自旋输运问题和磁阻效应的计算 9. 生物体系中电荷转移问题 Green：官方主页: http://www.icmm.csic.es/jcerda/index.html 扩展Huckel理论程序，用单电子紧束缚(LCAO)哈密顿量计算周期体系的电、磁、传输等特性 Nextnano3：官方主页: http://www.nextnano.de/nextnano3/ 3D纳米器件模拟器，用量子力学方法（Schrodinger方程，Poisson方程，连续电流方程），通过自恰计算研究纳米半导体器件（IV主族材料Si，Ge，SiGe；所有的III-V主族材料）的电子和光学特性。程序可以模拟量子点，量子线，RTD，MOSFET，HEMT，等。能够计算的材料特性有：能带结构，张力，压电和热电电荷，电子密度和空穴密度，静电势，电流，波函。 OpenMX：官方主页: http://www.openmx-square.org OpenMX是材料模拟程序包，用于实现基于密度泛函理论的大标度从头计算。在DFT计算中有三个部分是相当耗时的：求解哈密顿矩阵元素，求解泊松方程，以及对角化广义久期方程。而在OpenMX中，根据计算量和内存，几乎可以用O(N)标度完成每一步。此外对于大标度的计算，还支持用MPI共享内存的并行计算，每个节点都是动态分配内存。因此OpenMX是涵盖生物材料和复合材料的纳米尺度材料科学中，有用而强大的工具。计算使用赝原子轨道和赝势，它们由ADPACK原子密度泛函程序计算产生。 功能 团簇、能带的总能量，O(N)标度计算。 用Fourier变换求解双中心积分。 用固定实空间网格求解三中心积分。 用FFT求解泊松方程。 交换-相关项使用局域密度近似(LDA, LSDA)和广义梯度近似(GGA)。 模守恒赝势。 非共线DFT。 使用赝势方案的标量相对论(Darwin和速率项)和完全相对论处理(Darwin和速率项 + SOC)。 O(N)标度“分而治之”方法和广义的分而治之方法，求解本征值问题。 交换耦合参数。 光传导率。 电荷掺杂。 均衡电场。 完全的和束缚的几何优化。 NEV系综分子动力学。 变分优化的赝原子基轨道。 电荷和自旋密度的Mulliken，Voronoi和ESP拟合分析。 波函和电子自旋密度的分析。 通过能带计算进行扩散分析。 态密度和投影态密度。 动态内存分配和MPI并行。 OpenMX 3.0新增功能： 1. 空原子。 2. 稳定的DIIS几何优化和电荷混合。 3. 重新开始计算。 4. Krylov子空间线性标度方法。 5. 轨道磁矩。 6. LDA+U。 7. 非共线自旋方向的约束DFT。 8. Berry相的宏观极化。 9. 用非平衡格林函数方法计算分子、纳米线和超点阵结构的电子疏运特性。 Smeagol：官方主页: http://www.smeagol.tcd.ie/ Smeagol是基于密度泛函理论(DFT)和非平衡格林函数疏运方法(NEGF)的从头电子疏运代码，用于计算原子标度器件的疏运特性。Smeagol用DFT作为主要的电子结构工具。非周期开放体系在NEGF方案中用Kohn-Sham方程求解，接下来从Landauer公式获得电流。Smeagol目前使用SIESTA作为DFT平台（需要另外申请）。 功能 原子轨道线性组合基组(LCAO)。 用Kohn-Sham方程作为单粒子方程，用于电子结构计算。 用Keldysh Green函数方法获得开放体系的密度算符。 可以对扩展体系和分子执行计算（Γ点和不同k点） 直到100个原子的计算。 包含自旋非共线的完全自旋极化。 使用MPI实现完全并行化。 WanT：官方主页: http://www.wannier-transport.org WanT是开源的，遵守GNU协议的代码套件，提供一整套方法用于研究纳米结构中相干电子的疏运。代码的方法是把密度泛函、平面波、模守恒赝势与基于Landauer方法的格林函数进行结合，二者通过使用最大局域化的Wannier函数加以联结，通过求解量子电导，把基态电子结构自然地引入到格子的格林函数中。知道了体系的Wannier函数，就可以把器件的量子疏运性质与化学键的特性直接联系起来。 WanT软件包原理上可以作为任何标准电子结构代码的后期简单操作。当前版本支持PWSCF软件包的自洽计算结果。 WanT计算可以提供：体材料和引线-导体-引线结构的量子电导谱；导体区的态密度谱；体系的最大局域化Wannier函数的中心与范围。 |
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