Atomistix ToolKit

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最新版本: 
2016
评分: 
4

简介  
Atomistix ToolKit (ATK)是一个能模拟纳米结构体系和纳米器件的电学性质和量子输运性质的第一性原理电子结构计算程序。对于所模拟的纳米器件的电极,它可以是纳米管或金属。对于所模拟的纳米结构体系,它可以是两种不同材料形成的界面区,或界于两个金属表面之间的分子。ATK是由Atomistix公司在McDCal、SIESTA和TranSIESTA等电子结构计算程序包的基础上根据现代软件工程原理开发出来的第一个商用的模拟电子输运性质的大型计算软件,它的前身是TranSIESTA-C。目前版本(2.0.4)的ATK采用C和C++高级语言来编写核心的库代码,即将在2006年12月发布的ATK2.1版本并在此基础上提供了Python脚本语言编写的各种函数接口,用户可以利用所提供的函数接口采用Python脚本语言来编写和实现特定的计算功能和数据处理。
基于密度泛函理论,ATK实现了赝势法和原子轨道线性组合方法等现代电子结构计算方法。在此基础上,它利用非平衡格林函数方法来处理纳米器件在外置偏压下的电子输运性质。因此它能处理纳米器件中的两个电极具有不同化学势时的情况,能计算纳米器件在外置偏压下的电流、穿过接触结的电压降、电子透射波和电子的透射系数等等。ATK也实现了自旋极化的电子结构计算方法,因此它也可以处理纳米器件中相关的磁性和自旋输运问题。除此之外,ATK也能进行传统的电子结构计算,处理孤立的分子体系和具有周期性的体系。另外ATK也采用非常有效和稳定的算法来精确地计算原子所受的力并优化体系的几何结构。
 
功能  
1. 基于密度泛函理论,采用第一性原理电子结构计算方法自洽计算分子、周期结构和双电极体系的电子结构
2. 采用非平衡格林函数方法并结合复平面积分手段来计算纳米器件在外置偏压下的电流
3. 实现了局域密度近似(LDA)和广义梯度近似(GGA)的交换关联函数,以及相关的自旋极化计算
4. 能计算自旋极化情况下的电流-电压(I-V)曲线和透射谱(T-Energy或G-Energy)等
5. 实现了Hoffmann-Muller发展的扩展Huckel方法
6. 实现了从SIESTA程序包中发展出来的局域数值轨道
7. 利用MPICH实现了并行计算的功能,特别是在输运性质计算、k点取样、能量积分和矩阵元计算中进行了优化处理
8. 能计算分子体系的分子能级(包括HOMO和LUMO能级)、分子轨道和HOMO-LUMO能隙
9. 能计算周期性体系的能带、布络赫(Bloch)波函数和费米能级等
10.能计算双电极体系的透射谱、本征通道、态密度、分子投影自洽哈密顿(MPSH)轨道和态密度实空间分布
11.能计算体系的电荷密度和有效势
12.能计算双电极体系的电流-电压(I-V)曲线
13.对周期性结构和双电极体系实现了Monkhorst-Pack k点取样方法
14.对透射谱和电流进行了k点取样的处理
15.通过在中心区施加外势场来近似处理门电压并模拟三端器件的电学性质
16.提供了元素周期表中从H(1)-Lr(103)各种元素的从头模守恒赝势
17.在电子结构自洽计算过程中,采用了Broyden或Pulay混合算法
18.基于密度泛函理论计算原子所受的力,并采用共轭梯度(CG)方法优化和驰豫原子位置,以及采用类似的方法来处理双电极体系在外置偏压情况下的几何结构优化问题
19.通过Fermi分布来指定电子气的温度
20.可处理双电极体系中的两端电极由不同材料组成时的情况
21.Mulliken布居分析
22.输入文件采用了自由、弹性和简单的文本格式
23.对计算结果按NetCDF格式输出
ATK(包括TranSIESTA-C)的成功应用案例:
1. 分子接触器件和隧道器件的I-V特征曲线
2. 分子电子器件的功放和转换性质
3. 分子线、半导体纳米线和碳纳米管的电子输运性质
4. 金属-纳米管接触结和纳米管-纳米管接触结的电阻和电容性质
5. 原子线中的电子迁移性质
6. 碳纳米管的场致发散性质
7. MOS器件中漏电流问题
8. 界面处的自旋输运问题和磁阻效应的计算
9. 生物体系中电荷转移问题

ATK 2009.06的新功能:
1. ATK半经验模块(ATK-SE),计算比DFT更快,可以模拟更大的体系。
2. 实时模拟晶体管结构。

ATK 11.2的新功能:
1. 改进了性能,消耗内存更少
2. 新的疏运分析方法:LDOS,传播途径(本地电流),复能带结构
3. 用应力改善结构优化
4. 其它:GUI升级,鬼原子,分子动力学
5. 其他引擎:ATK-经典,ATK-平面波

ATK 11.8的新功能:
1. 拉橡皮筋方法(NEB)
2. ATK-半经验模块:DFTB Slater-Koster紧束缚,扩展Hückel,用户自定义模型
3. Meta-GGA
4. 光学特性:介电常数(实部和虚部),吸收系数,折射率,分子极化率
5. 新的赝势,任务管理器,和建模工具
6. 用户定制脚本,可以把第三方程序接入到VNL

ATK 2016的新功能:
1. 新基组和赝势(SG15)改进ATK-DFT精度
2. 更快的电子–声子耦合计算
3. 电子-声子耦合模块支持非共线自旋和自旋轨道耦合
4. 迁移率计算可以得到更多的性质:Seebeck系数,热导率,Hall系数,Hall导率张量
5. 默认打开每个k点的多核并行
6. 增强了脚本生成程序
7. 改进MD/NEB/AKMC框架
8. MD先进的Martyna–Tobias–Klein恒压器
9. VNL中大量新的绘图方法
10.SurfaceConfiguration:用NEGF和正确的边界条件模拟真实表面的新方法,无需采用层近似
11.PEXSI求解程序用于大标度DFT计算(10000以上原子)
12.新的k点格点:Γ-中心的偶数格点, 以及透射谱计算采用的 填满布里渊区(或一个区域)的常规格点
13.新的Hubbard-U方法
14.Ozaki平衡线

评论

石墨烯最近很火,因此现在关注ATK软件的人比较多。要是研究纳米器件、电子输运性质,ATK确实是一款比较合适的软件。有兴趣的同学可以去下载了试一试。

 

ATK 2008软件免费下载和相关教程:http://forum.hongcam.net/thread-120-1-1.html