[发明专利]具有局域轨道作用的非平衡态电子结构的计算方法及系统

说明书

本发明涉及电子输运仿真，公开了一种具有局域轨道作用的非平衡态电子结构的计算方法及系统。在本申请中，将LDA+U势与NEGF‑DFT方法相结合，从而与轨道相关的强关联效应可以在存在电流的非平衡状态下得到预测，以处理电子之间存在强关联的体系中的非平衡量子输运问题。此外，使中间区的哈密顿量自洽，使得与轨道相关的强关联效应可以得到更准确地预测；通过将自能项加入到电子密度的计算中，可以把无限大的结构转化为有限的体系。

技术领域

本发明涉及电子输运仿真，特别涉及具有局域轨道作用的非平衡态电子结构的计算方法及系统。

背景技术

当纳米体系中的电子存在很强的关联作用时，非平衡格林函数-密度泛函理论(non-equilibrium Green's function-density functional theory，NEGF-DFT)的方法中用现有的局域密度近似(local density approximation，LDA)和广义梯度近似(generalized gradient approximation，GGA)来计算输运问题，就不能很好地预测器件的物理性质。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有局域轨道作用的非平衡态电子结构的计算方法及系统，能够处理电子之间存在强关联的体系中的非平衡量子输运问题。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种具有局域轨道作用的非平衡态电子结构的计算方法，方法包括以下步骤：

步骤a构建所需研究的电子输运体系，电子输运体系包括两个无限大的电极和中间区，中间区位于两个无限大的电极之间并包含散射区和该散射区两侧的缓冲区；

步骤b对具有局域轨道作用的电子计算库伦排斥能和电子交换能；

步骤c根据中间区的第一哈密顿量使用非平衡格林函数来计算中间区的电子密度ρ；

步骤d根据库伦排斥能、电子交换能和中间区的电子密度来计算中间区的LDA+U势V_LDA+U[ρ]和LDA势V_LDA[ρ]；

步骤e将中间区的哈密顿量H[ρ]＝T+V_const+V_eff[ρ]中的V_eff[ρ]替换为V′_eff[ρ]＝V_eff[ρ]+(V_LDA+U[ρ]-V_LDA[ρ])，从而得到所述中间区的第二哈密顿量H'[ρ]＝T+V_const+V′_eff[ρ]，其中T表示电子动能，V_const表示不依赖电子密度的势，V_eff[ρ]表示依赖电子密度的有效势；

步骤f根据中间区的第二哈密顿量来计算中间区的电子结构信息。

本发明的实施方式还公开了一种具有局域轨道作用的非平衡态电子结构的计算系统，系统包括：

构建模块，用于构建所需研究的电子输运体系，电子输运体系包括两个无限大的电极和中间区，中间区位于两个无限大的电极之间并包含散射区和该散射区两侧的缓冲区；

第一计算模块，用于对具有局域轨道作用的电子计算库伦排斥能和电子交换能；

第二计算模块，用于根据中间区的第一哈密顿量使用非平衡格林函数来计算中间区的电子密度ρ；

第三计算模块，用于根据库伦排斥能、电子交换能和中间区的电子密度来计算中间区的LDA+U势V_LDA+U[ρ]和LDA势V_LDA[ρ]；