Nanodcal是一款基于非平衡態(tài)格林函數(shù)-密度泛函理論（NEGF - DFT）的第一性原理計(jì)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(yùn)過程，是目前國內(nèi)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的基于第一性原理的輸運(yùn)軟件。可預(yù)測材料的電流 - 電壓特性、電子透射幾率等眾多輸運(yùn)性質(zhì)。

迄今為止，Nanodcal 已成功應(yīng)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(dǎo)體電子器件設(shè)計(jì)等重要研究課題中，并將逐步推廣到更廣闊的電子輸運(yùn)性質(zhì)研究的領(lǐng)域。

本期將給大家介紹Nanodcal石墨烯和其它1D/2D材料 5.1-5.1.3的內(nèi)容。

5. 材料學(xué)與化學(xué)

5.1. 水分子的 LUMO 軌道可視化

5.1.1. Device Studio構(gòu)建幾何結(jié)構(gòu)

（1）打開Device Studio，新建目錄Water_LUMO。

（2）從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入Water_LUMO，坐標(biāo)文件Water_LUMO.hzw如下：

（3）建立nanodcal自洽計(jì)算所需的輸入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file。設(shè)置參數(shù)，將溫度改為100 K，K點(diǎn)改成1 1 1，然后點(diǎn)擊Generate file。其他參數(shù)默認(rèn)。產(chǎn)生自洽計(jì)算的輸入文件scf.input及基組文件H_LDA-DZP.nad，O_LDA-DZP.nad右擊打開open with，可查看，如下。

（4）建立nanodcal計(jì)算本征態(tài)的輸入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→Analysis→EigenStates→->→Generate file。參數(shù)默認(rèn)，產(chǎn)生能帶計(jì)算的輸入文件EigenStates.input，同樣，右擊打開open with，可查看，如下：

5.1.2. 自洽計(jì)算及本征態(tài)計(jì)算

（1）連接Nanodcal服務(wù)器：在Job Manager所示界面中點(diǎn)擊設(shè)置按鈕，彈出MachineOptions界面，在該界面選擇中點(diǎn)擊New按鈕，彈出MachineSet界面，在該界面中填寫Computer Name、HostIp、port、Username、Password等一系列信息，點(diǎn)擊OK按鈕則在MachineOptions界面中添加了裝有Nanodcal的服務(wù)器。

（2）自洽計(jì)算：在選擇nanodcal服務(wù)器后，選中scf.input右擊run后會出現(xiàn)以下界面：

根據(jù)計(jì)算需要設(shè)置參數(shù)后點(diǎn)擊save按鈕保存相應(yīng)的pbs腳本，然后點(diǎn)擊run進(jìn)行計(jì)算。等待計(jì)算完畢后點(diǎn)擊Job Manager所示界面中的Action下的下載按鈕下載NanodcalObject.mat文件。

（3）能帶計(jì)算：與第2步一樣選中選中EigenStates.input右擊run。等待計(jì)算完畢后點(diǎn)擊Job Manager所示界面中的Action下的下載按鈕下載CalculatedResults.mat、EigenStates.fig、EigenStates.dsf文件。

5.1.3. 可視化分析

在Device Studio的Project Explorer區(qū)域選中能帶計(jì)算結(jié)果文件EigenStates.dsf→右擊→Show View，如下圖：

圖 5-3：H2O分子本征態(tài)的3D可視化分析界面(LUMO)

（1）Draw Model來選擇從不同平面來觀察本征態(tài)的3D可視化分析結(jié)果；

（2）可通過改變Isovalue值來改變本征態(tài)3D可視化分析的形狀；

（3）可通過滾動鼠標(biāo)中鍵將3D可視化分析結(jié)果放大或縮小；可按住鼠標(biāo)右鍵，通過拖動鼠標(biāo)將3D可視化分析結(jié)果進(jìn)行旋轉(zhuǎn)；

（4）如上圖所示界面中 Export 快捷圖標(biāo)，彈出導(dǎo)出可視化分析結(jié)果的圖形界面，用戶可根據(jù)需要選擇圖片的保存路徑和保存格式，并給所保存的圖片命名。

審核編輯 ：李倩