石墨烯中自旋分辨的Bloch态介绍

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石墨烯和其它1D/2D材料 4.3.2-4.3.2.4 的内容。

4.3.2. 引入自旋的能带计算

4.3.2.1 自洽计算

(1)点击 Simulator → Nanodcal → SCFCalculation → Generatefile ，建立Nanodcal计算所需自洽文件 scf.input ， C_LDA-DZP.nad （设置1，2号碳原子为自旋值为0.1，7，7号碳原子为自旋值为-0.1）：

(2)自洽计算：连接服务器（请参见Device Studio的工具栏中help→help Topic→7.应用实例→7.1Nanodcal实例）在选择服务器后，选中 scf.input 右击 run 。等待计算完毕后点击 JobManage 所示界面中的 Action 下的下载按钮下载 NanodcalObject.mat 文件。

4.3.2.2 能带计算

（1）在3.2.1自洽计算的基础上，准备 BandStructure 的输入文件，操作如下：

点击 Simulator → Nanodcal → Analysis → BandStructure → Generatefile

（2）计算结束后，可以通过在DS中打开 Simulator → Nanodcal → AnalysisPlot ，找到对应的 BandStructure.xml 文件，点击打开：

图 4-15：

上图得出的这个系统没有总自旋极化，这是非常合理的，因为碳不是磁性的。并且通过绘图，也可以观察到在能带结构中没有自旋相关；上下态是完全简并的。但是，当存在自旋时，的确对能带结构有一个极大的影响。之前在X点处的导带和价带的简并被破坏，一个带隙被打开。

4.3.2.3 EigenStates计算

（1）在3.2.1自洽计算的基础上，准备 EigenStates 的输入文件，操作如下:

点击 Simulator → Nanodcal → Analysis → EigenStates → Generatefile

图 4-16：不同自旋的(0,0,0)点导带底和价带顶的EigenStates:

图 4-17：不同自旋的(0,0,0.35)点导带底和价带顶的EigenStates:

4.3.2.4 电荷密度计算

（1）在3.2.1自洽计算的基础上，准备 ElectronDensity 的输入文件，操作如下（以G点为例）：

点击 Simulator → Nanodcal → Analysis → ElectronDensity → Generatefile

（2）计算结束后，可以通过在DS中打开： Simulator → Nanodcal → AnalysisPlot ，找到对应 ElectronDensity.dsf 文件，点击打开：

图 4-19：(0，0，0)点处spinup的电荷密度