Nanoskim 纳米结构紧束缚模型科学计算软件

Nanoskim (Nanostructure Slater-Koster Integrals Manifesting package) 是一款基于紧束缚横型的电子能带结构和电子输运计算程序。

适用的紧束缚模型

能够适用于多种紧束缚模型,包括


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应用案例

砷化镓铝


砷化镓铝 (AlxGa1-xAs) 是一种和 GaAs 晶格常数非常相近但是带隙更大的半导体材料。化学式中的 x 取值在0到1之间,表明它是介于 GaAs 和 AlAs 之间的任意合金,同时它的带隙也在 GaAs (1.42eV) 和 AIAs(2.16eV) 两种材料之间变化。


在这个案例中我们将计算由两个 GaAs 电极与 AlxGa1-xAs 构成的三明治结构的透射系数。这些输入文件用于计算不同的系统或是相同系统不同 AI 掺杂浓度体系的透射系数。


首先将你当前路径设置到 ‘examples/working’,同时拷贝输入文件 ‘examples/inputfiles/EX0.input ’、 ‘examples/inputfiles/EX1.input’、 以及 ‘examples/inputfiles/EX2.input’ 到该路径下。


这些输入文件用于计算不同的系统或是相同系统不同 Al 掺杂浓度体系的透射系数。具体来说,输入文件 ‘EX0.input’ 用于计算没有Al掺杂的纯净体系;‘EX1.input’ 是用于计算相同体系但是中间区有4780个 Ga 被替换为Al原子(x=14%),而这些掺杂的 Al 原子被人为安排成持殊图形,如图1所示,展示的是 “nanoskim (http://www.nanoacademic.ca)” 字符串图样; ‘EX2.input’ 同样是用于计算具有相同Al掺杂浓度但是掺杂位置完全随机的体系。如图2所示。


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图1 Al 掺杂 GaAs 系统,掺杂位置被人为设置为 “nanoskim(http://www.nanoacademic.ca)” 字符串图样


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图2 Al 掺杂 GaAs 体系,掺杂位罝完全随机


以上三个透射系数计算输入文件的计算结果分別如图3、4和5所示。为了方便比较计算结果并同时研究掺杂 Al 原子后所引起的散射作用,我们将上面的三幅图重新画在同一个图框里,如图6所示。从曲线中我们不难发现,掺杂 Al 原子 后,体系的透射系数被整体压制而降低了2/5。有意思的是我们发现在能量处在带隙边缘 1eV 内,完全随机掺杂体系的透射系数要比人为设置掺杂位置体系的透射系数大;而在能量在远离带隙边缘 1eV 以外处,则情况完全相反,完全随机掺杂体系透射系数要比人为设置掺杂位置体系小。这似乎表明在掺杂位置更局域时,低动能的载流子(包括电子和空穴)会更容易被掺杂的 Al 原子散射,而高动能的载流子则更容易在较均匀 Al 掺杂位置处发生散射。


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图3 输入文件 EX0.input 所计算的透射系数


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图4 输入文件 EX1.input 所计算的透射系数


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图5 输入文件 EX2.input 所计算的透射系数


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图6 比较 EX0.input (蓝线)、EX1.input (绿线) 和 EX2.input (红线)三个输入文件所计算的透射系数


主要文献列表


1. Nanoskif user reference manual, Hongzhiwei Technology(Shanghai) Co., Ltd.


2. Zahid F, Liu L, Zhu Y, et al. A generic tight-binding model for monolayer, bilayer and bulk MoS2. Aip Advances, 2013, 3(5): 052111.


3. Slater J C, Koster G F. Simplified LCAO method for the periodic potential problem. Phys. Rev., 1954, 94(6):1498.


4. Chadi D J. Spin-orbit splitting incrystalline and compositionally disordered semiconductors. Phys. Rev. B:Condens. Matter, 1977, 16 (2):790-796.


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