[发明专利]用于确定开放量子系统响应时间和瞬态电流评估的方法

说明书

快速算法用于研究由于阶梯状脉冲引起的瞬态行为。该算法由两部分组成：只要TN，算法I就为大系统将计算复杂度降低到T⁰N³；算法II采用快速多极技术，并且每当TN²时实现标定T⁰N³，在TN²以外，它在更长时间内变为Tlog₂N。因此，如果TN²，它是O(1)阶。已经对石墨烯纳米带进行了基准计算，其中N=10⁴并且T=10⁸。该新算法允许解决许多大规模瞬态问题，包括以前可能无法实现的磁隧道结和铁电隧道结。

技术领域

本发明涉及瞬态电流计算，作为纳米电子设备中的纳米芯片设计中响应时间和峰值瞬态电流的研究的一部分。

背景技术

对纳米技术日益增长的需求的核心是对超快晶体管的需求，该超快晶体管的响应时间是关键性能指标之一。一般量子开放系统的响应可以通过跨过系统发送阶梯状脉冲并且随着时间的过去监测其瞬态电流来探测，因而使得瞬态动态成为非常重要的考虑因素。许多实验数据示出：大多数分子器件特性与器件结构的材料和化学细节密切相关。因此，涉及器件特性（尤其是其动态性质）的定量和预测分析而不取决于任何现象学参数的第一原理分析成为纳米电子设备设计中的兴趣中心。

瞬态电流的理论研究追溯到20年前，当时由Wingreen等人获得宽带限制（“WBL”）的精确解。参见N. S. Wingreen等人，Phys. Rev. B 48, 8487(R)（1993），其通过引用整体地并入本文。从那时起，已经使用各种方法广泛地研究了瞬态电流，所述方法包括散射波函数、非平衡格林函数（“NEGF”）方法和密度矩阵方法。参见J. Wang，J. Comput. Electron. 12, 343-355（2013）；S. Kurth等人，Phys. Rev. B 72, 035308（2005）（下文中称“Kurth”）；G. Stefanucci等人，Phys. Rev. B 77, 075339（2008）（下文中称“Stefanucci”）；Y. Zhu等人，Phys. Rev. B 71, 075317（2005）；J. Maciejko等人，Phys. Rev. B 74, 085324（2006）（下文中称“Maciejko”）；R. Tuovinen等人，Phys. Rev. B 89,085131（2014）（下文中称“Tuovinen”）；R. Seoane Souto等人，Phys. Rev. B 92, 125435（2015）以及X. Zheng等人，Phys. Rev. B 75, 195127（2007），所有这些都通过引用并入本文。瞬态电流的理论调查研究的主要障碍是其计算复杂度。已经进行了许多尝试来试着加速计算。参见Kurth和Tuovinen以及L. Zhang等人，Phys. Rev. B 86, 155438（2012）；B.Gaury等人，Phys. Rep. 534, 1-37（2014）；M. Ridley等人，J. Phys.：Conf. Ser. 696,012017（2016）（下文中称“Ridley”）；H A. Croy等人，Phys. Rev. B 80, 245311（2009）以及F J. Weston等人，Phys. Rev. B 93, 134506（2016），所有这些都通过引用整体并入本文。