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QuantumATK:材料表面的建模和模拟

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概述

材料的表面态、表面化学等在拓扑绝缘体、催化等热门领域里都占据着决定性的位置。与其他的周期性模型程序类似,QuantumATK 也可以用传统的 Slab 模型来描述表面体系,但Slab模型有很大的缺陷和局限:
  • Slab 最大的不足是无法模拟实际表面下方通常是无限大的块体材料;
  • 由于厚度有限,Slab 中的电子容易体现出量子限制的效应;
  • 两个表面之间、表面与界面之间存在相互影响;
  • 很难正确的在表面方向模拟外加电场;
  • 经常需要表面钝化、偶极校正等额外补救措施。

单电极表面(One-probe surface)模型(或半无限表面模型)

为此,QuantumATK 基于 DFT 和格林函数方法方法开发了真正可以模拟半无限表面体系的模型,即将一个表面 Slab 模型耦合于半无限的块体结构上(见下图)。

详细介绍参见QuantumATK独有的新功能:非平衡态格林函数方法研究半无限表面模型


使用QuantumATK研究表面体系的优势

通用、高效的计算引擎

QuantumATK 计算基于第一性原理,因此可以用于研究全新材料的各种性质,例如:
  • 传统金属-半导体界面
  • 高k介电材料
  • 金属、半导体纳米线
  • 纳米管、金属纳米管接触
  • 原子簇
  • 等等
QuantumATK 中使用局域基组展开方法,尤其适用于研究局域化缺陷(杂质、空位等),ATK-DFT计算引擎可以计算千原子级别的体系的性质。ATK-SemiEmpirical 则可以计算更大的体系。

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