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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石墨烯和其它1D/2D材料 4.1.1-4.1.2.3的內容。

4. 石墨烯和其它1D/2D材料

4.1. 完美石墨烯和二硫化鉬片層的透射譜

4.1.1. 簡介

在Nanodcal中，可以利用一種簡單方法來計算一個完美周期性體系的透射譜。這種方法并不需要像處理非完美體系時設置很具體的器件構型，如電極，電極延伸區和散射區等。在這個例子中，你將看到怎樣計算一個完美的周期性二維片層的透射譜。第一個計算實例是我們熟知的石墨烯；第二個實例是單層MoS2，相比石墨烯來說晶胞結構相對復雜。

對于一個完美的周期結構，其透射譜原則上是其電子能帶結構每個能級上所有模式的累加求和。在一維體系中，你可以手動求和；但對于二維體系，我們必須在求解其電子結構時考慮如何對布里淵區進行合理的分割。

需要說明的是：在Device Studio中，計算透射譜和計算能帶結構的方法是一樣的。因此，在使用時都將遵循相同的規則：晶胞必須是類電極結構的，即晶胞的A和B矢量必須同時垂直于C（C平行于Z方向）；請記住，在C方向上你不需要重復晶胞；你可以利用盡可能小的晶胞。

4.1.2. 石墨烯

4.1.2.1. Device Studio構建幾何結構

現在，我們開始計算石墨烯。你的第一個任務是將六方的晶胞轉變為正交的晶胞。

（1）打開Device Studio，新建目錄graphene。

（2）從數據庫中導入graphene，坐標文件graphene.hzw如下：

（3）建立nanodcal自洽計算所需的輸入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file。設置參數，將溫度改為100 K，K點改成1 9 15，然后點擊Generate file。

其他參數默認。產生自洽計算的輸入文件scf.input，右擊打開open with，可查看，如下。

（4）建立nanodcal計算能帶的輸入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→Analysis→BandStructure→->→Generate file。參數默認，產生能帶計算的輸入文件BandStructure.input，同樣，右擊打開open with，可查看，如下：

4.1.2.2. 自洽計算及能帶計算

計算時可以選擇本機（小體系），也可以選擇nanodcal服務器（大體系）。本例以graphene、MoSe2分別選擇本機和服務器計算，操作如下：

1 本機計算：

（1）在Job Manager所示界面中點擊設置按鈕，彈出MachineOptions界面，在該界面中點擊MyComputer→Select。

圖 4-1：MachineOptions界面

（2）自洽計算：選中scf.input右擊run。

（3）能帶計算：選中BandStructure.input右擊run。

2 Nanodcal服務器計算：

（1）連接服務器：在Job Manager所示界面中點擊設置按鈕，彈出MachineOptions界面，在該界面選擇中點擊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，點擊OK按鈕則在MachineOptions界面中添加了裝有Nanodcal的服務器。