Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 建立电子输运计算的传输装置

好酷屋

发布于2022-12-18

好酷屋教程网小编为您收集和整理了Materials Studio官方教程（Help-Tutorials）- 建立电子输运计算的传输装置的相关教程：背景：电子传输计算需要两个或更多电极才能进行计算。电极是半周期性的物体，它半无限地进入电极并远离设备。电极由导线和尖端组成。导线是电极的一部分，用于向中心设备提供电流或从中心设备接收电流。电极

背景：电子传输计算需要两个或更多电极才能进行计算。电极是半周期性的物体，它半无限地进入电极并远离设备。

电极由导线和尖端组成。导线是电极的一部分，用于向中心设备提供电流或从中心设备接收电流。电极的尖端是可选的，被视为设备的一部分。

传输装置由电极和装置组成。设备是您在其上模拟运输效果的材料。

简介：在本教程中，您将使用 Materials Visualizer 中的传输设备工具来构建一个简单的分子传输设备，从晶体上切割电极，并创建一个周期性传输设备。您将了解定义电极所涉及的概念以及构建传输设备的最佳实践。

目的：介绍电极和传输设备的构建。

本教程重要节点：

构建一个简单的分子传输装置-扩展简易传输装置-从晶体上切下电极-在切割的电极之间插入设备

1.构建一个简单的分子传输装置

在第一个示例中，您将导入聚乙炔低聚物作为电极。此示例将演示电极和传输设备的一些要求。

从菜单栏中选择File | Import…或单击工具栏上的Import按钮以打开导入文档对话框。导航到并选择 Examples\Documents\3D Model\PA_10mer.xsd，然后单击打开按钮。

打开包含 10-mer 聚乙炔的 3D 原子文档。要定义电极并因此创建传输设备，您将使用构建电极工具。

选择Build | Build Transport Device | Build Electrode以打开Build Electrode对话框。

“构建电极”对话框适用于分子或 2D 周期性结构，并允许您定义电极。电极方向必须沿 X、Y 或 Z 方向对齐。 Build 按钮被禁用，因为分子没有正确对齐并且没有周期性重复。您将沿 x 轴对齐分子的长分子轴。

单击 3D 查看器工具栏上的Home按钮。按 CTRL + A 选择整个结构。单击 3D 移动工具栏上的Align Onto View箭头对齐视图，然后从下拉列表中选择Align Left/Right。

您还应该在“构建电极”对话框中设置电极方向。对于此示例，您将构建两个电极：一个在 +X 方向，一个在 -X 方向。

在 Build Electrode 对话框中，将 Electrode 方向更改为 +X。

Build 按钮仍然被禁用，因为结构不是周期性的。为了使其具有周期性，您必须删除重复单元上本来是头尾原子的氢。这些原子在下图中以黄色突出显示。

选择突出显示的原子并删除它们。

Build Electrode 对话框上的 Build 按钮现在已启用。

单击构建按钮。

您将看到有关删除分子或聚合物层次结构的警告对话框。

单击OK按钮。右键单击 3D Atomistic 文档并选择 Remove Molecule Hierarchy。单击Build按钮。

您将看到创建了一个粉红色的框和箭头。粉红色的框定义了哪些原子包含在电极的线部分中，箭头显示了无限周期重复的方向。

将Electrode direction更改为 -X，然后单击Build按钮。

在链的另一端创建另一个电极，指向 -X 方向。您现在在分子上定义了两个电极，并创建了一个可用于电子传输计算的基本传输设备。

包含电极的结构只能用作 DFTB+、DMol3 和 ONETEP 中电子传输任务的输入。在进行电子传输计算之前，您应该首先优化结构。您将这样做，并在下一节中创建更复杂的设备。在此之前，您需要移除刚刚创建的电极。

选择Build | Build Transport Device | Unbuild Electrode。

这将从文档中移除两个电极。

注意：基于包含电极的结构还有其他限制。如果焦点位于包含电极的文档上，则除了 DFTB+、DMol3 和 ONETEP 之外，所有模块的运行按钮都将被禁用。一旦定义了电极对象，许多构建工具也将被禁用。

2.扩展简易传输装置

在重新构建传输装置并将其扩展到包括尖端之前，您应该优化现有聚合物链的结构。您还应该在优化之前将氢添加回链上。

单击Adjust Hydrogen按钮。

您已准备好优化结构。

单击Modules工具栏上的 DFTB+ 按钮并选择Calculation或从菜单栏选择Modules | DFTB+ | Calculation。

这将打开 DFTB+ 计算对话框。

从Task下拉列表中选择Geometry Optimization。在Electronic选项卡上，将 Slater-Koster library to mio。单击Run按钮并关闭 DFTB+ 计算对话框。

几何优化将需要几秒钟才能完成，并且将使用计算结果创建一个新文件夹。

将焦点转移到优化的结构上。选择并删除您之前删除的末端氢原子。

您现在已准备好定义电极。在本节中，您将定义电极丝和电极尖端。

从链的左侧选择前六个碳原子和连接的氢原子。在 Build Electrode 对话框中，确保将 Electrode direction 设置为 -X 并选中 Add selection to tip 复选框。单击Build按钮。

电极由两部分组成，电线有电极箭头，尖端显示在更透明的粉红色框中。

从链的右侧选择最后六个碳原子和连接的氢原子。在 Build Electrode 对话框中，将 Electrode direction更改为 +X。单击Build按钮并关闭对话框。

您现在拥有一个带有两个电极的优化传输设备，这两个电极都由导线和尖端组成。您可以使用“显示样式”对话框更改电极对象的显示样式。

使用优化的结构，单击任意位置以放弃选择。右键单击并从快捷菜单中选择Display Style。在Electrode选项卡上，将Arrow scale增加到 1.8。将Arrow scale更改为red并关闭对话框。

传输设备应类似于下图。

提示：电极允许几个级别的选择。通过点击线部分，所有线原子将被选择，同样，如果你点击尖端部分，所有尖端原子将被选择。双击电极，所有电极原子将被选中。

从菜单栏中选择File | Save Project，然后选择Window | Close All。

3.从晶体上切下电极

从单个分子构建运输装置非常简单。但是，您可能想要研究两个金属电极之间的分子或两个周期电极之间的周期系统的电子传输特性。对于这些系统，您需要结合使用 Cleave Electrode 和 Build Transport Device 工具。

第一步是导入一个晶体结构，从中切割一个电极。在本例中，您将从二氧化钛切割表面。

选择File | Import…从菜单栏中打开 Import Document 对话框。导航到 Structures\metal-oxides 并选择 TiO2_rutile.msi 文件，单击 Open 按钮。

TiO2_rutile 模型是一种晶体结构。要从此结构创建电极，您需要切割电极。

注意：在构建实际的传输设备时，您应该在创建电极之前执行几何优化。对于这个系统，您可以使用 tiorg Slater-Koster 库。

从菜单栏中选择Build | Build Transport Device | Cleave Electrode。

切割电极对话框使您能够切割专门用作电极的表面。被切割的电极需要具有正交的表面矢量并且沿切割方向是周期性的，因此并非所有切割平面都是允许的。

将Cleave plane (h k l) 更改为 1 0 0。

您可以通过修改切割平面的位置和改变尖端的宽度来微调电极。

将Tip width增加到 2.0。

您还可以选择是构建两个电极还是仅构建一个电极。如果电极表面与电极背面的原子对称，那么构建两个电极或构建单个电极将没有区别。对于此示例，您是否构建一个或两个电极确实会对结构产生影响。要查看差异，您可以同时切割两个电极和一个电极。

单击Cleave按钮。

创建了包含 2D 周期性结构和两个电极的新文档 TiO2_rutile Electrode。

将文档重命名为 TiO2_2Electrodes。将焦点更改回 TiO2_rutile.xsd。在Cleave Electrode对话框中，取消选中Cleave Electrode并单击Cleave按钮。关闭对话框。

创建了一个包含 2D 周期性结构和单个电极的新文档。

将新文档Rename为 TiO2_1Electrode。

您现在已准备好创建传输设备。

4.在切割的电极之间插入设备

你需要画一个二苯并噻吩分子插入两个电极之间。

在一个新的 3D Atomistic 文档中，绘制上面显示的分子。将其重命名为dibenzothiophene。使用 3D 运动工具栏中的Align Left/Right来对齐分子。

您将使用构建传输设备工具来创建您的传输设备。此工具允许您构建分子或周期性设备。

运输设备构建器需要包含焦点电极和要插入的材料的文档。

将焦点更改为TiO2_1Electrode。

选择Build | Build Transport Device | Transport Device以打开“传输设备”对话框。从Insert下拉列表中选择dibenzothiophene.xsd。

您可以选择是否沿 X、Y 或 Z 轴对齐分子。当您沿 X 轴对齐长分子轴时，将其保留在 X。当您创建传输设备时，它将是 2D 周期性的，因此您将在您插入的分子和周期性图像之间进行自我交互。您可以更改最小超胞大小以控制自交互的程度。如果你增加这个，你将有更少的自我交互，但它会增加计算时间。对于此结构，您可以将其保留为默认值。

单击Build按钮。

一个装置由两个电极构成，分子插入它们之间。分子沿 X 轴排列。

提示：传输设备构建器将尝试估计插入分子所需的空间。如果您需要对此进行调整，您可以通过选择电极并使用 3D 移动工具栏来移动电极。

您现在可以构建带有两个电极的传输设备。

将焦点更改为 TiO2_2Electrodes.xsd。在 Transport Device 对话框中，将 Direction 更改为 Y。单击 Build 按钮。

分子的长分子轴沿 Y 轴排列。

查看最靠近设备的表面是否有 TiO2_2Electrodes 和 TiO2_1Electrode。

您应该看到，使用由一个电极构建的设备，表面是镜像。对于由两个电极构成的设备，表面是不一样的。

注意：您可以使用其他工具构建更复杂的传输设备，例如 Materials Studio 中的图层生成器。

最后，您应该保存项目。

从菜单栏中选择File | Save Project保存项目，然后是Window | Close All。

本入门教程到此结束。