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Device Studio（簡稱：DS）作為鴻之微的材料設計與仿真軟件，能夠進行電子器件的結構搭建與仿真；能夠進行晶體結構和納米器件的建模；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的輸入文件并進行存儲和管理；可以根據用戶需求，將輸入文件傳遞給遠程或本地的計算機進行計算，并控制計算流程；可以將計算結果進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構建模5.4-5.6的內容，本期繼續介紹Device Studio結構建模5.7-5.8的內容。

5.7. 器件建模

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

5.7.1. 導入Au晶體結構

從Device Studio本地數據庫中導入Au晶體結構，即導入Au原胞，導入過程這里不做詳細描述，用戶可參考本地數據庫導入結構，導入Au晶體結構后的界面如圖5.7-1所示。

圖5.7-1：導入Au晶體結構后的界面

5.7.2. 將Au原胞轉換為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的右側區域預覽轉換后的結構，之后點擊 Build 則Au原胞轉換為Au晶胞結構，其結構文件保存在軟件的項目管理區域（Project Explorer），同時可在3D顯示區域查看到該結構的3D視圖顯示如圖5.7-4所示。圖5.7-4中的 Au.hzw 對應Au原胞，Au_Rede.hzw 對應Au晶胞，用戶可根據計算需要選中結構文件，右擊選擇 Rename 對結構文件重新命名。

圖5.7-2：將Au原胞Redefine Crystal的界面

圖5.7-3：將Au原胞轉換為Au晶胞的操作界面

圖5.7-4：將Au原胞轉換為Au晶胞后的界面

5.7.3. 將Au晶胞轉換為Au超胞

將Au晶胞轉換為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，點擊 Preview 預覽轉換后的超胞結構，點擊 Build 則Au晶胞轉換為Au超胞結構，其結構文件保存在軟件的項目管理區域（Project Explorer），同時可在3D顯示區域查看到該結構的3D視圖顯示如圖5.7-6所示。圖5.7-6中的 Au_Rede_Rede.hzw 對應Au超胞，用戶可根據計算需要給該結構文件重新命名。

圖5.7-5：將Au晶胞轉換為Au超胞的操作界面

圖5.7-6：將Au晶胞轉換為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，并將結構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超胞復制一份，選中 Au_Rede_Rede.hzw 結構文件 → 右擊 → Copy，彈出CopyFile界面如圖5.7-7所示，用戶可根據計算需要重新命名，如Au_superCell，或直接采用默認命名，之后點擊CopyFile對話框中的 OK 按鈕則 Au_SuperCell.hzw 結構文件存儲在項目管理區域，雙擊該結構文件，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顯示區域，zy面情況下，用鼠標框選圖5.7-8（a）中紅色框部分，點擊Toolbars上的 Delete Atom 快捷圖標或點擊鍵盤中 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 快捷圖標右側的下拉按鈕，選中 xy View 則由zy面切換為xy面如圖5.7-8（c）所示，用鼠標框選圖5.7-8（c）中紅色框部分，點擊Toolbars上的 Delete Atom 快捷圖標或點擊鍵盤 Delete 鍵刪除選中的原子。刪除后，點擊Toolbars上的 3D Viewer zy View 快捷圖標切換回zy面如圖5.7-8（d）所示。首先，鼠標框選圖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 快捷圖標則可將結構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，此時結構文件 Au_SuperCell.hzw 即Au_SuperCell超胞，對應著圖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，用戶可根據這點判斷原子是否被選中。

5.7.5. 設置X和Y軸方向為真空

將Au_SuperCell超胞的X和Y軸方向設置為真空。將Au_SuperCell超胞復制一份并重命名為Au_SuperCell_1，雙擊該結構文件 Au_SuperCell_1.hzw 使之在3D顯示區域顯示。點擊Toolbars上的 Convert to Crystal 快捷圖標彈出Convert to Crystal界面，按照圖5.7-9所示界面紅色框選部分設置參數 → 界面右側預覽 → Build 則將Au_SuperCell超胞的X和Y軸方向設置為真空如圖5.7-10（a）所示，點擊Toolbars上的 Center 快捷圖標則可將結構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，結構文件 Au_SuperCell_1.hzw即Au_SuperCell_1超胞，對應著圖5.7-10（b）的3D視圖顯示。

備注

將結構文件復制并重命名，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，用戶可根據建模需要決定是否復制、重命名。一般誤刪或誤操作，可點擊Toolbars上的 Undo 快捷圖標撤銷，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 結構的3D視圖不顯示在3D顯示區域的合適位置，用戶可通過點擊Toolbars上 3D Viewer zy View 快捷圖標或按快捷鍵 Ctrl+R 重置該結構的3D視圖到合適位置，重置后的結構3D視圖如圖5.7-10（b）所示。用戶在建模過程中遇到結構的3D視圖不在3D顯示區域的合適位置，均可通過上述方式重置。

5.7.6. 將結構做鏡像處理并重置晶格常數

將選中的原子做鏡像處理，重新設置晶格常數，并將結構居中對齊。如圖5.7-11所示，選中所有原子 → 點擊 Mirror Atom 快捷圖標 → 彈出Mirror界面 → 設置參數 → 勾選Copy → 點擊 Apply，則結構如圖5.7-13（a）所示。點擊 Convert to Crystal 快捷圖標彈出Convert to Crystal界面如圖5.7-12所示，按圖中紅色框選部分設置參數后，在界面右側預覽重置晶格常數后的結構，點擊 Build，點擊 Center 快捷圖標將重置晶格常數后的結構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超胞重新設置晶格常數操作界面

5.7.7. 構建兩端口器件結構

導入烷硫醇分子結構，并將結構復制到Au_SuperCell_1超胞結構中居中位置，之后構建兩端口器件結構。

（1）導入烷硫醇（Alkanethiol）分子結構如圖5.7-14所示。

圖5.7-14：烷硫醇（Alkanethiol）分子結構

（2）雙擊 Au_SuperCell_1.hzw 打開Au_SuperCell_1超胞結構，鼠標框選并按快捷鍵 Ctrl+C 復制烷硫醇（Alkanethiol）分子結構；鼠標點擊圖5.7-13（b）界面左側位置，并按快捷鍵 Ctrl+V 將烷硫醇（Alkanethiol）分子結構粘貼到Au_SuperCell_1超胞結構中如圖5.7-15（a）所示。為方便將粘貼的烷硫醇（Alkanethiol）分子結構移動到Au_SuperCell_1超胞結構的居中位置，點擊 3D Viewer zy View 快捷圖標右側的下拉按鈕，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 Center 則將烷硫醇（Alkanethiol）分子結構移動到Au_SuperCell_1超胞結構的居中位置如圖5.7-15（c）所示，點擊快捷圖標 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，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 在界面右側預覽構建的兩端口器件結構，點擊 Build 則搭建好的兩端口器件結構 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. 給器件結構添加緩沖層

用戶可根據計算需要決定是否給構建好的兩端口器件結構增加緩沖層，無強制要求。以沿著輸運方向（Z軸方向），給器件結構 Device_Au_SuperCell_1.hzw 靠近電極添加緩沖層為例，雙擊打開該器件結構 → 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，可在界面右側預覽到沿著輸運方向器件的的左側添加了緩沖層，點擊 Build 則添加了緩沖層的兩端口器件結構 Device_Au_SuperCell_1_Buffer1.hzw 如圖5.7-15（f）所示。