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石墨烯和其它1D/2D材料 4.6-4.6.4的內容。

4.6. 非共線自旋

非共線自旋體系是相當普遍存在的，包含螺旋自旋（比如鉻），螺旋體，斜交自旋（比如錳氧化物）以及鐵磁材料中的疇壁。非共線自旋為電子態添加自旋量子數，并引入了一些更多的概念和可能性。本教程將在一個原子鏈上計算非共線自旋的電荷密度和透射譜。

4.6.1. 搭建一維C鏈模型

（1）雙擊圖標“DeviceStudio快捷方式”打開軟件；

（2）選擇Create a new Project→OK→文件名：C atomic chain，保存類型：ProjectFiles(*.hpf)→保存即可；

（3）點擊Build→Crystal構建晶格并添加C原子，其中a=b=15 ?，c=2.9 ?，α=β=γ=90°，C原子位于晶格中心，點擊Preview→Build，如圖：

圖 4-39：

（4）點擊Build→Redefine Crystal，在c方向上擴胞18倍,Preview→Build；

（5）點擊按鈕Convert to Device，設置左右電極的長度為-7和7，點擊Preview→Build，得到1D碳原子鏈器件模型，如圖：

（6）點擊Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，設置參數并生成自洽計算所需的輸入文件。

（7）點擊Simulator→Nanodcal→SCF Calculation→Generate file，設置參數并生成自洽計算所需的輸入文件。

4.6.2. 非線性自旋的自洽計算

（1）電極自洽計算

準備基組文件:C_LDA-DZP.nad，左電極的輸入文件scf.input如下：

右電極的輸入文件scf.input中，將C原子的自旋旋轉120°，其它與左電極的相同 在Device Studio的Project窗口中，右擊scf.input，Run→Run即開始自洽計算；

（2）中心區自洽 中心區的自旋旋轉角度在0°和120°之間，輸入文件scf.input如下：在Device Studio的Project窗口中，右擊scf.input,Run→Run即開始自洽計算。

注意：一維C鏈自洽計算比較難收斂，這里先用Linear方法，再用Pulay方法。

4.6.3.電荷密度計算

（1）準備輸入文件charge.input，如下：

（2）在Project窗口中，右擊charge.input，Run→Run即開始計算。計算完成后，會產生以下輸出文件:Charge.mat

（3）弧度制轉化為角度（弧度=角度×π÷180°），待計算完畢后查看數據如下：

4.6.4.透射譜計算

（1）準備輸入文件Transmission.input，如下：

（2）在Project窗口中，右擊Transmission.input,Run→Run即開始計算；

（3）計算完成后，輸出文件Transmission.xml在Device Studio中可視化分析如圖：