ATK平台介绍

电子透射系数 TE(k)
透射本征态
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

伏安特性和微分电导
Comp. Mater. Sci., 27 (2003) 151-160
11
ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

投影哈密顿量 / 态密度和本征态分析
Comp. Mater. Sci., 27 (2003) 151-160
Python Wrapper
Python 环境
VASP ABINIT ...
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ATK 平台：图形界面
7
ATK 的应用：电子器件模型

材料学模型——均质结构 电子器件模型——异质结构
●

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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

非平衡态电子输运模拟
●
高级双电极器件模型 非平衡态格林函数方法
●

功能

门电极的影响
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

自旋输运 / 本征态分析
J. Chem. Phys. 130.214103 (2009)
19
ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

自旋过滤 / 输运对电压的依赖关系
J. Am. Chem. Soc. 130, 4023 (2008)
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

磁性隧道结的巨磁阻效应
Fe-MgO-Fe 隧穿磁阻 (TMR) 理论值 : TMR = 100
(Butler, et al., Phys. Rev. B, 63, 05441)
实验值 : TMR = 1.8
(Yuasa et al., Nat. Mater. 3, 868)
ATK 模拟结果
Fe-MgO-Fe
北京宏剑公司
纳米材料与器件设计平台
北京宏剑公司 董 栋
ATK
1
提纲

ATK 的理论方法 ATK 的程序架构 ATK 的应用领域 ATK 的开发进展



2
ATK 中的理论方法
分子模拟 分子模拟
量子力学（第一原理） 量子力学（第一原理） 牛顿力学（分子力学 牛顿力学（分子力学） ）
理论原理 理论原理

任意多个方形的区域 无原子级结构 可以定义为



金属（等势体） 绝缘体（介电常数）

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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

相干与非相干透射 单电子晶体管


Coulomb blockade
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

分子的 Charging energy
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

不同的偏压和门电压下，带电分子的能量稳定性
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ATK 的开发进展

ATK11.8 新功能

NEB 研究化学反应
半经验哈密顿量


DFTB Slater­Koster
用户自定义模型


Meta­GGA
光学性质 新增赝势



Hartwigsen­Goedecker­Hutter

更高效的任务管理器 全新的建模界面等
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

非金属电极 / 碳纳米管体系
ACS NANO, 2 (5) 939–943 2008
14
ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

铜表面的碳纳米管阵列的电子输运研究
Physical Review B 77, 193406
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学
27

ATK 的特点

图形界面友好

专为纳米材料模拟设计

计算模型和方法

涵盖多种纳米材料与电子器件的高级模型

基于 Python 脚本语言

易于理解和使用 可自定义功能脚本


开发活跃

目标：成为全面的纳米材料模拟平台
28
谢谢各位
董 栋
29
Fe-FeOMgO-Fe
G↑↑ G↑↓ TMR
14.3 0.104 136
0.201 0.013 14.4
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

门电极的影响
O N / O F F R a t io ~ 1 0
O N / O F F R a t io ~ 1 0 9
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学
半经验方法 半经验方法 从头算 从头算 密度泛函 密度泛函
模拟方法 模拟方法
电子态wk.baidu.com电子态
结构优化 结构优化
分子动力学 分子动力学
Monte Monte Carlo Carlo 方法 方法
应用： 应用： 预测性质 预测性质
能带、态密度 电子密度 光学性质 电子输运
最佳结构 分子构型 过渡态
分子动态 全局最优化 热力学性质
计算引擎
ATK-DFT
ATK-SE
ATKClassical
GPAW
5
ATK 平台概况
应用
图形界面与脚本 编程接口 DFT 计算器 SE 计算器
自定义脚本
其他计算器
GPAW 、 Soccorro 、 ASAP...
NanoLanguage 扩展
其他 Python 扩展
（ numpy 、 matplotlib... ）
热力学性质 相结构 相平衡
3
ATK 中的理论方法

量子输运理论（研究电子输运）

非平衡态格林函数方法

第一原理计算

密度泛函方法 半经验方法


结合

自洽的非平衡态格林函数方法 目前应用最广泛的模拟理论

4
ATK 平台概况
应用体系
孤立分子 周期体系 双电极器件
图形界面
Builder
Custom Job Database Scripter Editor Viewer Analyzer Builder Manager

纳米管二极管 / 器件区电压降分析
Nanotechnology 19 (2008) 115203
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

纳米电子开关
Qimin Yan, et al. Appl. Phys. Lett. 88, 173107 (2006)
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

硅纳米线的伏安特性
M a n - f a i N g , L ip in g Z h o u , S h u o - W a n g Y a n g , L i Y u n S im , V in c e n t B . C . T a n a n d P in g W u P H Y S IC A L R E V IE W B 7 6 , 1 5 5 4 3 5 , 2 0 0 7
●
常规电子态结构
– –
能带、态密度、局域态密度 分子能级和分子轨道
●
非平衡态电子输运性质
– – – – –
双电极体系伏安特性 电子透射系数谱 透射本征通道分析 分子投影态密度和投影哈密顿量（ MPSH ）分析 自旋极化输运
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ATK 的应用：纳米 / 分子电子学

电子器件输运性质的分析
伏安特性曲线
电子透射系数谱