涵盖多种功能，龙讯旷腾Module第六期：输运性质

2023-12-14 17:15:54

Module是什么

在PWmat的基础功能上，我们针对用户的使用需求开发了一些顶层模块（Module）。这些Module中的一部分是与已有的优秀工具的接口，一部分是以PWmat的计算结果为基础得到实际需要的物理量，一部分则是为特定的计算需求而设计的计算流程。这些Module涵盖了物质结构、基础性质、针对大体系的计算以及机器学习力场等，功能全面、操作方便。今天聊聊Module之输运性质。

Part.1 热电输运

Boltzwann和BoltzTrap是两款优秀的计算输运性质的软件包。它们都是基于Boltzmann输运方程，结合弛豫时间近似，在半经典的框架下计算输运性质。计算范围包括但不限于（电子）热导率，电导率，和Seeback系数等热电性质。如果需要计算晶格热导率，请使用PWphono3py的模块。以下模块提供的是PWmat与两个软件包的接口，PWmat仅作为电子结构的计算器。

1. Boltzwann：与Boltzwann的接口，可以计算热输运性质，比如热导、电导、塞贝克系数等

需要依靠Wannier90插值获得致密的k点的本征值。

2. BoltzTraP：与Boltztrap的接口，可以计算热输运性质，比如热导、电导、塞贝克系数等

需要ASE接口，操作更便捷。

Part.2 有效质量

3. Effective mass calculation：计算载流子的有效质量

该模块是PWmat和EMC（有效质量计算器）之间的接口。EMC使用有限差分法（而不是频带拟合法）来计算频带极值处的有效质量。该程序有两个版本：用FORTRAN和Python编写。结合形变势理论可以获得弛豫时间。获得弛豫时间后可以带入上述①和②求电导率。也可以自己带入公式求得载流子迁移率（必要时，需要光学支的电声耦合）。

Part.3 结合分子动力学计算电导率

4. Electrical conductivity：使用Kubo-Green wood公式计算电导率

在（准）非晶体系中，由于不存在“原胞”的概念，电子的平均自由程不满足Boltzmann方程的条件。Kubo-Green Wood公式则是更一般化的方法。类似的思路也可以用来求液体/非晶的热导率。（Phys. Rev. B 96, 020302(R)）

Part.4 Hall Effect

以下模块介绍了如何计算反常霍尔效应和自旋霍尔效应。霍尔效应是最常见的输运现象，在制作磁传感器以及测定载流子种类等方面都有着重要的作用。要计算反常霍尔效应和自旋霍尔效应都需要布里渊区内致密的k点及其对应的本征值。为此，我们将提供两种插值方案。⑤中是使用Wannier90进行插值的案例。⑥和⑦中则展示了如何使用我们自主研发的二阶插值手段。

5. Anomalous Hall Conductivity（AHC）calculation：使用pwmat+wannier90计算反常霍尔电导

6. Anomalous Hall Conductivity（new interpolation method）：使用二阶插值方法计算反常霍尔电导

7. Spin Hall Effect（SHC）：算自旋霍尔电导

Part.5 量子输运/器件模拟

8. pwmat_transport(20230818)：计算散射态以模拟器件的输运性质

随着器件尺寸的逐渐减小，量子效应明显，经典的连续模型不再准确。需要构造原子级别的器件模型计算非平衡态下的散射态，然后积分获得电导。该模块介绍了我们自主研发的散射态计算方法。该方法的计算量随原子数的增长为线性标度，因此适用于大体系模拟。

9. NONEQUILIBRIUM_SCF：不同的电极需要不同的偏压（EF），为此引入非平衡的边界条件

与周期性边界条件相比，器件输运中更需要的是两端具有不同的固定的电压的非平衡边界条件。该模块介绍了一种计算非平衡边界条件的方法。结合上述的散射态方法，我们可以模拟完整的场效应管。

Module下载地址：http://www.pwmat.com/module-download

下一期，我们聊一聊超快动力学过程

敬请期待