创建分子结
在本教程中，您将学习如何用 VNL 的 Builder 构建嵌入两个金（111）表面间的著名分子结之一：二硫杂环戊二烯-苯，即 DTB （有时也被称为苯二硫醇，BDT）。
提示
本教程使用特定版本的QuantumATK创建，因此涉及的截图和脚本参数可能与您实际使用的版本略有区别，请在学习时务必注意。
注意
接下来的工作流程介绍将引导您对 Builder 中各种工具有相当全面的了解。对本例中表面和分子的单个操作不是特定的，而是可以应用于任何其他分子或类似结构。这就是 Builder 的思路—通过通用操作的特异序列，您可以轻松地构建甚至是高度专业化的结构。
- 构建分子。（如果您在数据库或外部文件里已经准备好时，这步就很简单；本例我们将在苯的基础上做修改，使之成为 DTB）
- 构件表面，通过分开块状晶体并创建副本，制作两个电极。
- 将分子放在左侧电极的表面，并将右侧电极连接到分子上。
- 完成器件构形。
下面的说明可能会显得有些复杂，因为每一步都包含许多操作，但通过一些培训，整个过程可以控制在 5 分钟内完成。另外，请谨记：如果您在以下步骤的任何地方出错，可使用 Undo 撤销（Ctrl + Z）！
从苯到 DTB：构建分子
- 步骤 1：点击 Add
Add From Database，从菜单中选择 Databases Molecules。找到 benzene，点击下方右下角的 + 按钮，将分子添加到 stash。
- 步骤 2：将分子转化为 DTB，按下 Ctrl 键，点击选中苯分子上 2 个位于相反方向上的氢原子。然后打开元素周期表
，点击 Sulfur (S) 元素。
- 步骤 3：按下 Esc 键或点击背景的任何一处以取消选中所有的原子。
- 步骤 4：需要调整 C-S 的键长。选择一对键合的 C-S 原子，注意要先选碳原子。打开 Open Coordinate Tools Z-matrix，设置键长为 1.75 Å。可观察到第二个被选中的原子发生了移动，即 S 原子。
- 步骤 5：对其他的 C-S 执行同样的操作！
将金切割成两个表面
- 步骤 6：点击 Add Add From Database，这次从菜单中选择 Databases Crystals。找到 Gold 并添加到 stash。
- 步骤 7：打开 Builders Surface (Cleave)，切割金晶体。输入密勒指数 h = 1，k =1，l = 1，然后点击 Next Next Finish。
- 步骤 8：为了便于在 fcc 堆垛层中直观地识别出三层（ABC），将 A 层中的金原子改为 Ag，C 层中的金原子改为 T1 （选这些元素只是为了呈现协调的颜色）。
- 步骤 9：为了使苯分子成为具有足够大表面的晶胞，点击 Bulk Tools Repeat 将结构扩大到 3×3×2 倍，C 方向上 2 倍的叠加方便我们稍后从中心区域提取电极。
- 步骤 10：您需要通过添加真空为分子表面留些空间。打开 Bulk Tools Lattice Parameters，选择 keep Cartesian coordinates，并将 C 矢量增加到 45 Å（仍沿 Z 方向，因为对该器件是必要的）。
您现在将可以附着分子的表面上创建一个定位点。
- 步骤 11：选择表面 C 层中一个三角形的三个原子（Tl 原子），使得三角形的中心位于 A 层中银原子之上。点击 centroid tool
在三个选定原子的质心位置插入另一个原子。通过选中这些特别的原子，在 fcc 上插入原子的位置即为我们期望的附着分子点。 - 步骤 12：使用 Coordinate Tools Translate 在 Z 方向上将该原子移动 1.71 Å。（1.71 Å 可保证 Au-S 距离为文献 [wBMO+02] 中所述的 2.39 Å）。
- 步骤 13：按下 Ctrl+A，选中所有原子并将其转变为金。
- 步骤 14：另外，为了随后可以更简便地控制定位原子，将其转变为硫。
- 步骤 15：目前为止，仅有一个金表面——而实际上应该是两个。因此，我们要再次按下 Ctrl+A，打开 Coordinate Tools Mirror。选择 “Fractional” 坐标，设置 P = [0, 0, 0.5]。点击 “Copy”，按下Apply。
将分子和表面结合
- 步骤 16：从 stash 拖拽苯到主窗口（显示金表面所在的位置），将其添加到金的结构上。添加分子时，Builder 会自动激活为 Move mode。
注意
选中分子的所有原子（可由原子周围的黄色圆圈表明）；在 Move mode 下，您不能更改此选择，但可以指定用于转变和旋转选中区的所谓锚原子。锚原子将由红色圆圈表示。
- 步骤 17：点击一个硫原子——它将成为一个锚原子。然后拖动它，使其最终落于左边表面上的硫定位原子的上方。由于 “Snap” 是开启的状态，它将锁定到定位原子的精确位置，当两个原子位置重合时，选中标记会变成蓝色。
- 步骤 18：按下 Fuse ——这会消除两个重叠的硫原子中的一个（在表面的那个原子将被移除；融合时，被选中激活的原子始终被保留）。
- 步骤 19：现在，点击另一个 S 原子（第一个将会被保持着选中状态）。然后在 Move tool 的程序窗口的 r1-r0 输入 [0, 0, 1]。这将使这两个原子——即 Z 轴上的分子对齐。关闭 Move tool 的程序窗口。
- 步骤 20：通过按住 Ctrl 键的同时双击其中的表面上的一个原子以选中它。这将选择所有连接的原子。
- 步骤 21：再次进入 Move mode
，点击第二个表面上的硫定位原子，使其成为锚原子。
- 步骤 22：拖动右表面使锚原子/定位原子落在 DTB 分子游离末端的硫原子上。
- 步骤 23：按下 Fuse 清除掉重叠两个硫原子的其中一个（这次消除的事分子上的那个原子）。关闭 Move tool 的程序窗口。
现在，您已经有了一个完整的中心区域，剩下唯一要做的就是将其转化为器件构形。
将中心区域转化为器件构形
- 步骤 24：打开 Devices Tools Device from Bulk。因为我们已经在金 (111) 面沿 C 方向扩胞到 2 倍，故该工具会自动算出电极的大小。
- 步骤 25：然而，这是一个非常大的中心区域，需要很长时间的计算。因此，通过对每个表面（左侧和右侧）点击 2 次
将左侧和右侧表面缩至四层。点击 OK，完成。
注意
您可以阅读 Advanced device relaxation 教程优化器件的结构。
参考
- [wBMO+02] | M. Brandbyge, J.-L. Mozos, P. Ordejón, J. Taylor, and K. Stokbro. Density-functional method for nonequilibrium electron transport. Phys. Rev. B, 65:165401, Mar 2002. doi:10.1103/PhysRevB.65.165401.