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分子電子學3.2.2.4-3.2.2.7的內容。

3.2.2.4. 電子透射譜計算

（1）準備輸入文件transmission.input

（2）電子透射譜計算：見本節自洽計

（3）電子透射譜數據提取

計算結束后，會產生以下輸出文件：Transmission.mat在transmission文件夾下，運行trans.m，命令窗口輸入：

>> trans.m

腳本內容如下：

運行之后得到trans.txt文件，第一列數據為energyPoints，第二列數據為transmissionCoefficients。

3.2.2.5. 電流計算

（1）準備輸入文件ivc.input

計算結束后，會產生以下輸出文件：CurrentVoltageCurves.mat

（2）處理數據如下：

3.2.2.6. 計算結果和分析

(1)control體系在不同偏壓下的transmission

首先計算了不同的偏壓control體系（只包含C9H5NS2分子）的自洽，偏壓值[-0.5 0.5]間隔為0.1eV，我們設置bottom電極為0，只改變top電極自洽輸入文件參考3.2.2.2.1， 只需將system.voltageOfLead1或 system.voltageOfLead2 的數值修改成自己想要的數值。例如加0.1eV偏壓的設置如下：

自洽完成之后，進一步計算不同偏壓下的control體系的transmission。使用trans.m將transmissionCoefficients的數據保存到trans.txt中，之后使用作圖軟件將不同偏壓下的電子透射譜畫出來，如圖 3-45所示：

圖 3-45: 不同偏壓下control體系的電子透射譜

偏壓范圍[-0.5 0.5]，間隔0.1。藍色的表示負偏壓下的transmission，黑色的表示零偏壓下的transmission，紅色的表示正偏壓下的transmission。

從上圖中我們可以看出不同偏壓下control體系的transmission的是不一樣的，每條transmission曲線都存在著一個很高的主峰。隨著偏壓的增加，transmission主峰的位置向右移動，這是由于transmission主峰的位置對應了一個特定的能級， 當偏壓改變的時候，這就會使得費米能級發生變化，從而在transmission中表現出來的就是峰位的移動。

(2)零偏壓下H+、K+陽離子對體系transmission的影響

為了研究在C9H5NS2附近加H+和K+陽離子對體系輸運性質的影響。我們先對零偏壓下H+和K+體系進行自洽，之后計算了transmission，再將數據導入作圖軟件中作圖，如圖 3-46所示：

圖 3-46: 零偏壓下control體系（只包含C9H5NS2），C9H5NS2-H+體系，C9H5NS2-K+體系的電子透射譜

從上圖中我們可以看出加H+和K+陽離子的體系的主峰都在0eV附近，而control體系的主峰在0.29eV。主峰的偏移主要是由于陽離子對C9H5NS2的能級產生了影響。此外，我們還可以發現加H+和K+陽離子的體系在費米能級以上還存在著一些峰，這些峰主要是由一些費米能級之上的能級貢獻的。

(3)H+、K+陽離子對體系I-V曲線的影響

我們計算了偏壓值[-0.5 0.5]間隔為0.1eV，control、H+和K+體系的自洽，自洽完成之后，進一步計算了不同偏壓下，control、H+和K+體系的I-V曲線。之后將數據導入作圖軟件中作圖，如圖 3-47所示：

圖 3-47control體系（只包含C9H5NS2），C9H5NS2-H+體系，C9H5NS2-K+體系的I-V曲線

從上圖我們可以看到，control體系的電流在-0.5V的時候是-3.3062μA，在0.5V的時候是3.2561μA。此時電壓電流接近于線性。對于加H+和K+兩種陽離子的體系電壓電流的關系已經不再是線性的了， 這是因為相比C9H5NS2體系加了陽離子之后的體系，嚴重的破壞了體系的對稱性。與此同時我們可以發現，在正偏壓下，加H+和K+陽離子的體系的電壓電流關系基本一致， 在負偏壓下，加K+的電流要明顯大于加H+的電流。根據這個特性，我們很容易的就能區分正一價陽離子的種類。因此Al-C9H5NS2-Al可以作為一個很好的單分子電子傳感器，用來區分正一價的陽離子。

3.2.2.7. 總結

偏壓的改變會使得費米能級發生變化，這必將導致transmission主峰位置發生偏移。在C9H5NS2附近加H+和K+陽離子之后，嚴重的破壞了體系的對稱性，同時對原有的能級產生了影響，這使得transmission的主峰位置發生了變化，同時在費米能級之上產生了一些其他的峰。與此同時我們發現，在正偏壓下，加H+和K+陽離子的體系的電壓電流關系基本一致，在負偏壓下，加K+離子的電流要明顯大于加H+離子的電流。根據這個特性，Al-C9H5NS2-Al可以作為一個很好的單分子電子傳感器，用來區分正一價的陽離子。