Device Studio（簡稱：DS）作為鴻之微的材料設(shè)計與仿真軟件，能夠進(jìn)行電子器件的結(jié)構(gòu)搭建與仿真；能夠進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)和納米器件的建模；能夠生成科研計算軟件 Nanodcal、Nanoskim、MOMAP、RESCU、DS-PAW、BDF、STEMS、TOPS、PODS、VASP、LAMMPS、QUANTUM ESPRESSO、Gaussian的輸入文件并進(jìn)行存儲和管理；可以根據(jù)用戶需求，將輸入文件傳遞給遠(yuǎn)程或本地的計算機進(jìn)行計算，并控制計算流程；可以將計算結(jié)果進(jìn)行可視化顯示和分析。

上一期的教程給大家介紹了Device Studio支持的文件類型及結(jié)構(gòu)建模5.4-5.6的內(nèi)容，本期繼續(xù)介紹Device Studio結(jié)構(gòu)建模5.7-5.8的內(nèi)容。

5.7. 器件建模

以構(gòu)建金-烷硫醇-金（Au-Alkanethiol-Au）分子器件結(jié)構(gòu)為例，以下將分為幾個步驟逐步搭建并詳細(xì)說明。

5.7.1. 導(dǎo)入Au晶體結(jié)構(gòu)

從Device Studio本地數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)入Au晶體結(jié)構(gòu) ，即導(dǎo)入Au原胞，導(dǎo)入過程這里不做詳細(xì)描述，用戶可參考 本地數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入Au晶體結(jié)構(gòu)后的界面如圖5.7-1所示。

圖5.7-1： 導(dǎo)入Au晶體結(jié)構(gòu)后的界面

5.7.2. 將Au原胞轉(zhuǎn)換為Au晶胞

點擊圖5.7-1中的 Build → Redefine Crystal 彈出Redefine Crystal界面如圖5.7-2所示。點擊圖5.7-2中的 face-centered → Preview 則界面變化為如圖5.7-3所示，用戶可在圖5.7-3的右側(cè)區(qū)域預(yù)覽轉(zhuǎn)換后的結(jié)構(gòu)，之后點擊 Build 則Au原胞轉(zhuǎn)換為Au晶胞結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)文件保存在軟件的項目管理區(qū)域（Project Explorer），同時可在3D顯示區(qū)域查看到該結(jié)構(gòu)的3D視圖顯示如圖5.7-4所示。圖5.7-4中的 Au.hzw 對應(yīng)Au原胞，Au_Rede.hzw 對應(yīng)Au晶胞，用戶可根據(jù)計算需要選中結(jié)構(gòu)文件，右擊選擇 Rename 對結(jié)構(gòu)文件重新命名。

圖5.7-2： 將Au原胞Redefine Crystal的界面

圖5.7-3： 將Au原胞轉(zhuǎn)換為Au晶胞的操作界面

圖5.7-4： 將Au原胞轉(zhuǎn)換為Au晶胞后的界面

5.7.3. 將Au晶胞轉(zhuǎn)換為Au超胞

將Au晶胞轉(zhuǎn)換為2*2*4的超胞（簡稱：Au超胞），點擊圖5.7-4中的 Build → Redefine Crystal 彈出Redefine Crystal界面，按照如圖5.7-5所示界面紅色框選部分修改參數(shù)，點擊 Preview 預(yù)覽轉(zhuǎn)換后的超胞結(jié)構(gòu)，點擊 Build 則Au晶胞轉(zhuǎn)換為Au超胞結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)文件保存在軟件的項目管理區(qū)域（Project Explorer），同時可在3D顯示區(qū)域查看到該結(jié)構(gòu)的3D視圖顯示如圖5.7-6所示。圖5.7-6中的 Au_Rede_Rede.hzw 對應(yīng)Au超胞，用戶可根據(jù)計算需要給該結(jié)構(gòu)文件重新命名。

圖5.7-5： 將Au晶胞轉(zhuǎn)換為Au超胞的操作界面

圖5.7-6： 將Au晶胞轉(zhuǎn)換為Au超胞后的界面

5.7.4. 刪除Au超胞中多余原子及操作

刪除Au超胞中多余原子，并將結(jié)構(gòu)在晶格單元中居中對齊。為避免刪錯原子無法還原，建議將Au超胞復(fù)制一份，選中 Au_Rede_Rede.hzw 結(jié)構(gòu)文件 → 右擊 → Copy，彈出CopyFile界面如圖5.7-7所示，用戶可根據(jù)計算需要重新命名，如Au_superCell，或直接采用默認(rèn)命名，之后點擊CopyFile對話框中的 OK 按鈕則 Au_SuperCell.hzw 結(jié)構(gòu)文件存儲在項目管理區(qū)域，雙擊該結(jié)構(gòu)文件，使之在3D視圖顯示如圖5.7-8（a）所示。

圖5.7-7： CopyFile界面

（1）在3D顯示區(qū)域，zy面情況下，用鼠標(biāo)框選圖5.7-8（a）中紅色框部分，點擊Toolbars上的 Delete Atom 快捷圖標(biāo)或點擊鍵盤中 Delete 鍵刪除選中的原子，刪除后如圖5.7-8（b）所示。

（2）點擊Toolbars上的 3D Viewer zy View 快捷圖標(biāo)右側(cè)的下拉按鈕，選中 xy View 則由zy面切換為xy面如圖5.7-8（c）所示，用鼠標(biāo)框選圖5.7-8（c）中紅色框部分，點擊Toolbars上的 Delete Atom 快捷圖標(biāo)或點擊鍵盤 Delete 鍵刪除選中的原子。刪除后，點擊Toolbars上的 3D Viewer zy View 快捷圖標(biāo)切換回zy面如圖5.7-8（d）所示。首先，鼠標(biāo)框選圖5.7-8（d）中的紅色框部分；其次，按住鍵盤 Ctrl 鍵，同時鼠標(biāo)點擊圖5.7-8（d）中的綠色框部分；最后，點擊Toolbars上的 Delete Atom 快捷圖標(biāo)或點擊鍵盤中 Delete 鍵刪除選中的原子，刪除后如圖5.7-8（e）所示。

（3）在圖5.7-8（e）的情況下，點擊Toolbars上的 Center 快捷圖標(biāo)則可將結(jié)構(gòu)中所有原子作為整體在晶格單元中居中對齊，居中對齊后如圖5.7-8（f）所示。做完上述一些列操作，此時結(jié)構(gòu)文件 Au_SuperCell.hzw 即Au_SuperCell超胞，對應(yīng)著圖5.7-8（f）的3D視圖顯示。

備注

由圖5.7-8（a）可知被選中的原子為高亮黃色，用戶可根據(jù)這點判斷原子是否被選中。

5.7.5. 設(shè)置X和Y軸方向為真空

將Au_SuperCell超胞的X和Y軸方向設(shè)置為真空。將Au_SuperCell超胞復(fù)制一份并重命名為Au_SuperCell_1，雙擊該結(jié)構(gòu)文件 Au_SuperCell_1.hzw 使之在3D顯示區(qū)域顯示。點擊Toolbars上的 Convert to Crystal 快捷圖標(biāo)彈出Convert to Crystal界面，按照圖5.7-9所示界面紅色框選部分設(shè)置參數(shù) → 界面右側(cè)預(yù)覽 → Build 則將Au_SuperCell超胞的X和Y軸方向設(shè)置為真空如圖5.7-10（a）所示，點擊Toolbars上的 Center 快捷圖標(biāo)則可將結(jié)構(gòu)中所有原子作為整體在晶格單元中居中對齊，居中對齊后如圖5.7-10（b）所示。做完上述一些列操作，結(jié)構(gòu)文件 Au_SuperCell_1.hzw即Au_SuperCell_1超胞，對應(yīng)著圖5.7-10（b）的3D視圖顯示。

備注

將結(jié)構(gòu)文件復(fù)制并重命名，是為了在教程中方便說明，同時避免一系列操作后失誤后無法還原，用戶可根據(jù)建模需要決定是否復(fù)制、重命名。一般誤刪或誤操作，可點擊Toolbars上的 Undo 快捷圖標(biāo)撤銷，或按快捷鍵 Ctrl+Z 撤銷。

圖5.7-9： Convert to Crystal界面

備注

在圖5.7-9界面中點擊 Build 按鈕后 Au_SuperCell.hzw 結(jié)構(gòu)的3D視圖不顯示在3D顯示區(qū)域的合適位置，用戶可通過點擊Toolbars上 3D Viewer zy View 快捷圖標(biāo)或按快捷鍵 Ctrl+R 重置該結(jié)構(gòu)的3D視圖到合適位置，重置后的結(jié)構(gòu)3D視圖如圖5.7-10（b）所示。用戶在建模過程中遇到結(jié)構(gòu)的3D視圖不在3D顯示區(qū)域的合適位置，均可通過上述方式重置。

5.7.6. 將結(jié)構(gòu)做鏡像處理并重置晶格常數(shù)

將選中的原子做鏡像處理，重新設(shè)置晶格常數(shù)，并將結(jié)構(gòu)居中對齊。如圖5.7-11所示，選中所有原子 → 點擊 Mirror Atom 快捷圖標(biāo) → 彈出Mirror界面 → 設(shè)置參數(shù) → 勾選Copy → 點擊 Apply，則結(jié)構(gòu)如圖5.7-13（a）所示。點擊 Convert to Crystal 快捷圖標(biāo)彈出Convert to Crystal界面如圖5.7-12所示，按圖中紅色框選部分設(shè)置參數(shù)后，在界面右側(cè)預(yù)覽重置晶格常數(shù)后的結(jié)構(gòu)，點擊 Build，點擊 Center 快捷圖標(biāo)將重置晶格常數(shù)后的結(jié)構(gòu)中所有原子作為整體在晶格單元中居中對齊，對齊后如圖5.7-13（b）所示。

圖5.7-11： 對Au_SuperCell_1超胞做鏡像處理操作界面

圖5.7-12： 對Au_SuperCell_1超胞重新設(shè)置晶格常數(shù)操作界面

5.7.7. 構(gòu)建兩端口器件結(jié)構(gòu)

導(dǎo)入烷硫醇分子結(jié)構(gòu)，并將結(jié)構(gòu)復(fù)制到Au_SuperCell_1超胞結(jié)構(gòu)中居中位置，之后構(gòu)建兩端口器件結(jié)構(gòu)。

（1）導(dǎo)入烷硫醇（Alkanethiol）分子結(jié)構(gòu)如圖5.7-14所示。

圖5.7-14： 烷硫醇（Alkanethiol）分子結(jié)構(gòu)

（2）雙擊 Au_SuperCell_1.hzw 打開Au_SuperCell_1超胞結(jié)構(gòu)，鼠標(biāo)框選并按快捷鍵 Ctrl+C 復(fù)制烷硫醇（Alkanethiol）分子結(jié)構(gòu)；鼠標(biāo)點擊圖5.7-13（b）界面左側(cè)位置，并按快捷鍵 Ctrl+V 將烷硫醇（Alkanethiol）分子結(jié)構(gòu)粘貼到Au_SuperCell_1超胞結(jié)構(gòu)中如圖5.7-15（a）所示。為方便將粘貼的烷硫醇（Alkanethiol）分子結(jié)構(gòu)移動到Au_SuperCell_1超胞結(jié)構(gòu)的居中位置，點擊 3D Viewer zy View 快捷圖標(biāo)右側(cè)的下拉按鈕，選中 zx View 則由zy面切換為zx面如圖5.7-15（b）所示。點擊快捷圖標(biāo) Center 則將烷硫醇（Alkanethiol）分子結(jié)構(gòu)移動到Au_SuperCell_1超胞結(jié)構(gòu)的居中位置如圖5.7-15（c）所示，點擊快捷圖標(biāo) 3D Viewer zy View 則切換為zy面如圖5.7-15（d）所示。

（3）點擊 Convert to Device 快捷圖標(biāo)，彈出彈出Convert to Device界面如圖5.7-16所示，分別勾選界面中的紅色框部分，點擊 Preview 在界面右側(cè)預(yù)覽構(gòu)建的兩端口器件結(jié)構(gòu)，點擊 Build 則搭建好的兩端口器件結(jié)構(gòu) Device_Au_SuperCell_1.hzw 如圖5.7-15（e）所示。

圖5.7-16： Convert to Device界面

5.7.8. 給器件結(jié)構(gòu)添加緩沖層

用戶可根據(jù)計算需要決定是否給構(gòu)建好的兩端口器件結(jié)構(gòu)增加緩沖層，無強制要求。以沿著輸運方向（Z軸方向），給器件結(jié)構(gòu) Device_Au_SuperCell_1.hzw 靠近電極添加緩沖層為例，雙擊打開該器件結(jié)構(gòu) → 點擊軟件Menu菜單欄的 Simulator → Nanodcal → Add Buffer，彈出Add Buffer界面如圖5.7-17所示，點擊界面中Left后的 + 號按鈕2次，可在界面右側(cè)預(yù)覽到沿著輸運方向器件的的左側(cè)添加了緩沖層，點擊 Build 則添加了緩沖層的兩端口器件結(jié)構(gòu) Device_Au_SuperCell_1_Buffer1.hzw 如圖5.7-15（f）所示。

圖5.7-17： Add Buffer界面

備注

上述給器件結(jié)構(gòu)添加緩沖層只是案例，用戶可根據(jù)計算需要決定是否在靠近電極兩端添加緩沖層，決定添加幾層。

5.8. 導(dǎo)出結(jié)構(gòu)

對于搭建好的結(jié)構(gòu)，如兩端口器件結(jié)構(gòu) Device_Au_SuperCell_1_Buffer1.hzw ，若想導(dǎo)出此結(jié)構(gòu)文件，雙擊打開該結(jié)構(gòu)文件 → 點擊軟件的 File → Export 彈出導(dǎo)出當(dāng)前結(jié)構(gòu)文件界面，用戶可根據(jù)需要選擇存儲位置，對該結(jié)構(gòu)文件命名，或采用默認(rèn)命名，并選擇存儲格式。

原文標(biāo)題：產(chǎn)品教程｜Device Studio 結(jié)構(gòu)建模03

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