Nanodcal是一款基于非平衡態格林函數-密度泛函理論（NEGF - DFT）的第一性原理計算軟件，主要用于模擬器件材料中的非線性、非平衡的量子輸運過程，是目前國內擁有自主知識產權的基于第一性原理的輸運軟件。可預測材料的電流 - 電壓特性、電子透射幾率等眾多輸運性質。

迄今為止，Nanodcal 已成功應用于1維、2維、3維材料物性、分子電子器件、自旋電子器件、光電流器件、半導體電子器件設計等重要研究課題中，并將逐步推廣到更廣闊的電子輸運性質研究的領域。

本期將給大家介紹Nanodcal分子電子學3.2.2-3.2.2.3的內容。

3.2.2 搭建Al-C9H5NS2-Al 輸運體系

（1）將固定Al電極只馳豫分子的結構導入到DeviceStudio中，點擊Convert to Device，由于輸運方向是Y，所以我們選中Bottom和Top電極；

圖 3-40:

（2）生成Nanodcal的輸入文件:Simulator—Nanodcal—SCF Calculation；

圖3-41:

（3）根據自己需要選擇參數設置，點擊Generate files生成相應文件夾，該文件夾包含2個電極和器件的子目錄（其中input文件包含自洽參數和原子結構數據）；圖 3-42:

3.2.2.1. 計算模型

用戶可參考第一部分Device Studio建模的過程自行搭建結構。圖2-5給出的是本章將要計算的模型，即Al-C9H5NS2-Al分子輸運體系，這種結構是一個由左電極、中心區和右電極三個部分組成的雙電極體系。其輸運方向為y方向，左右電極都是Al納米線，中心散射區包含緩沖層和C9H5NS2分子或者 C9H5NS2-H+/ C9H5NS2-K+。Al-C9H5NS2-Al體系中C9H5NS2分子以及C9H5NS2-H+/ C9H5NS2-K+的結構馳豫在這里不詳細展開，有興趣的用戶可以自行進行計算，下文中所進行的計算使用的都是馳豫之后的原子位置（馳豫之后的原子信息見附錄8，9，10）。

圖 3-43 (a)、(b)、(c)分別為control體系（只包含C9H5NS2），C9H5NS2-H+體系，C9H5NS2-K+體系的結構示意圖

3.2.2.2. 自洽計算

A．電極的自洽計算

（1）準備輸入文件：參數文件scf.input；基組文件Al_LDA-DZP.nad。

（2）自洽計算：連接服務器（請參見Device Studio的工具欄中help→help Topic→7.應用實例→7.1Nanodcal實例）在選擇服務器后，選中scf.input右擊run。等待計算完畢后點擊JobManager所示界面中的Action下的下載按鈕下載NanodcalObject.mat文件。

B. 中心區的自洽計算 （1）準備輸入文件：參數文件scf.input；基組文件Al_LDA-DZP.nad、C_LDA-DZP.nad、H_LDA-DZP.nad、S_LDA-DZP.nad和N_LDA-DZP.nad。

（2）自洽計算：連接服務器（請參見Device Studio的工具欄中help→help Topic→7.應用實例→7.1Nanodcal實例）在選擇服務器后，選中scf.input右擊run。等待計算完畢后點擊JobManager所示界面中的Action下的下載按鈕下載NanodcalObject.mat文件。

3.2.2.3. 勢分布計算

（1）準備輸入文件potential.input

（2）勢分布計算：見本節自洽計算

（3）查看屏蔽效應

在計算輸運體系的時候，delta hartree potential的勢函數是我們用來判斷緩沖層是否足夠的標準，只需將calculation.potential.whatPotential參數設置為’Vdh’，計算結束后，會產生以下輸出文件：CoulombPotential.mat。在potential文件夾下，運行plot_potential.m，命令窗口輸入：

腳本內容為：

運行之后會產生勢函數沿輸運方向分布的圖，如圖 3-44所示，沿著輸運方向左右兩邊的勢較為平坦，這說明體系的緩沖層是足夠的。在輸運計算中緩沖層的測試是很重要的一個環節。

圖 3-44 勢函數沿輸運方向y分布的圖