基于金属纳米线非共线自旋计算

Nanodcal是一款基于非平衡态格林函数-密度泛函理论（NEGF - DFT）的第一性原理计算软件，主要用于模拟器件材料中的非线性、非平衡的量子输运过程，是目前国内唯一一款拥有自主知识产权的基于第一性原理的输运软件。可预测材料的电流 - 电压特性、电子透射几率等众多输运性质。

迄今为止，Nanodcal 已成功应用于1维、2维、3维材料物性、分子电子器件、自旋电子器件、光电流器件、半导体电子器件设计等重要研究课题中，并将逐步推广到更广阔的电子输运性质研究的领域。

本期将给大家介绍Nanodcal自旋器件1.4-1.4.1的内容。

1.4 金属纳米线非共线自旋计算

电子除了具有电荷的属性外，还具有内禀自旋角动量，在外磁场中，不仅受洛仑兹力的作用，还通过内禀磁矩和外场发生耦合。将自旋属性引入半导体器件中，用电子电荷和自旋共同作为信息的载体，将会发展出新一代的器件， 称为电子自旋器件。这种新的器件利用自旋相关的效应（载流子的自旋和材料的磁学性质相互作用），同时结合标准的半导体技术，将具有非挥发、低功耗、高速和高集成度的优点。本文中对金属纳米线进行共线及非共线的自旋计算，来研究其性质。

本教程的模型结构如下：

图 1-32:

1.4.1 研究背景

（1）双击图标 “Device Studio快捷方式” 打开软件；

（2）选择 Create a new Project → OK →文件名： Ni(111) ，保存类型： ProjectFiles(*.hpf) → 保存 即可；

（3）从数据库中搜索导入 Ni ，如下：

File → Import → Import Local ，找到文件夹 Pure metal → Ni.hzw ，点击 打开 ；

图 1-33: 导入的Ni原子的结构示意图

（4）点击 Build → Redefine crystal → face-centered → Build

图 1-34: Ni原子的面心立方结构

（5）点击 Build → Surface/Slab → Build ， (h, k, l)=(1, 1, 1) ， Thichness=12.21Å

（6）点击快捷键 Surface/Slab ，重新定义晶格参数：

图 1-36: 从新定义晶格参数的图形界面

（7）点击快捷键 PeriodicTable 添加 Ni原子 ，原子坐标为（1.86888325，1.07900023，14.24249363）；（1.86888325，1.07900023，16.73497391）；（1.86888325，1.07900023，19.22745363）：

图 1-39: 添加原子界面

（8）选中原子，点击镜面对称快捷键 Mirror ，选择沿 xy面 进行镜面对称的操作，距离为 2.49248 Å ，点击 Apply :

图 1-40: 选中原子的图形界面

图 1-41: 镜面对称相关的参数设置示意图

图 1-42: 镜面对称后的结构示意图

(9)点击 Build → Convert to Device ，勾选 左右电极 ，点击 Build :

图 1-43: 镜面对称后的结构示意图

（10）点击 Simulator → Nanodcal → SCF Calculation → Generate file ，建立 Nanodcal计算 所需文件。