Nanodcal石墨烯和碳纳米管的热电效应

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 4.5-4.5.1的内容。

4.7. 碳纳米管的热电效应

虽然原子核的质量几乎对原子的电子性质没有影响（至少在玻恩-奥本海默近似下），但是不同的同位素有不同的热导性质。尤其是在 [1~3]中，同位素掺杂对一维纳米结构和纳米管的性质产生了很重要的影响。因此，研究碳纳米管的部分发生同位素取代后热导性质的变化是非常有趣的 [4]。在本教程中，你将研究环状 14C 掺杂对碳纳米管的影响，尤其需要计算电子透射谱、声子透射谱、热导和热电优值ZT。

本教程碳纳米管的模型结构如下：

4.7.1 DeviceStudio构建几何结构

(1)打开DeviceStudio，新建目录CNT。

(2)从数据库中导入CNT，并修改名称为electron_CNT，坐标文件如下：

(3)扩抱3倍，点击Build→Redefine Crystal→Build,并修改名称phonon_CNT如下图所示：

图 4-43：CNT扩抱界面图

(4)建立nanodcal声子自洽计算所需的输入文件,(用扩胞后的结构)如下：

Simulator→Nanodcal→SCFCalculation→Generatefile。设置参数K点改成1 1 3，然后点击Generatefile。其他参数默认。产生自洽计算的输入文件scf.input及基组文件C_LDA-DZP.nad右击打开openwith，可查看，如下。

4.7.2 电子自洽及能带计算

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JobManager所示界面中的Action下的下载按钮下载NanodcalObject.mat文件。

能带计算：

（1）准备nanodcal计算声子谱的输入文件，如下：

Simulator→Nanodcal→Analysis→BandStructure→Generatefile。参数默认，产生能带计算的输入文件BandStructure.input，如下：

（2）与自洽计算一样选中BandStructure.input右击run。等待计算完毕后点击JobManager所示界面中的Action下的下载按钮下载BandStructure.mat、BandStructure.fig、BandStructure.xml文件。

（3）可视化：在DeviceStudio的ProjectExplorer区域选中计算结果文件BandStructure.xml→右击→ShowView，如下图：

审核编辑：彭静