器件计算中重复使用电极
本文为使用 QuantumATK 电子器件的典型研究，涉及对器件区域进行不同修改产生影响的系统研究。修改的变动可以是半导体线中的掺杂剂/空位的原子位置或类型，或者是附着到纳米管上的不同分子等。在任何情况下，电极通常都保持不变。因此，可以仅计算一次电极的电子结构，然后在其他计算中对其重复使用以节省计算时间。
因此，在本教程中，您将学习如何重复使用器件电极进行不同的计算，从而通过仅计算一次电极的收敛状态来节省时间。
注意
方法 QuantumATK 的器件计算通常分为两步：首先计算电极的自洽状态，然后进行实际的器件计算。任何之后的 SCF 分析和其他操作都是在这两个步骤之后完成的。
重复使用初始电极计算是这样的：如上所述，从为正常器件计算所设计的 Python 脚本开始，您将该计算分成两个脚本：一个脚本用于计算并保存电极的自洽状态，另一个重复使用这些电极并在器件计算中直接启用。
警告
计算设置 重要的是，用于电极计算的参数与将在最终器件计算中使用的参数相同，或者至少非常近似。否则，电极费米能级相对于器件平均费米能级可能会发生变化，导致 SCF 收敛出现问题。
因此，首先要确定数值精度参数，如交换关联函数、温度、网格截止、基组等，然后在整个计算程序中坚持使用这些参数。
此外，电极和器件 k 点取样在 A 和 B 方向上相互匹配是绝对必要的！您不能在器件中沿 A 使用 3 个 k 点，而在电极中沿 A 使用 7 个 k 点。
电极和器件的单独脚本
需要准备一些脚本，但主要是复制/粘贴现有的 Python 代码行：
- 首先，像您通常对待某些具有代表性的中心区域那样设置完整的器件计算。可以使用 Script Generator
完成此项任务，并为要使用的数值精度参数做出适当的选择。 - 保存脚本的两个副本：
electrode.py和device.py。 - 在 Editor
中打开 electrode.py，并向下滚动到定义device_configuration 的位置，通常如下图所示，删除这些行。
device_configuration = DeviceConfiguration( central_region, [left_electrode, right_electrode] )
提示
脚本 electrode.py 仅用于计算电极。您可能希望完全删除中心区域的定义以保持整洁，但这并非是绝对必要的。
4.现在向下滚动至脚本末尾，删除与器件计算器相关的所有内容。也就是说，从以下注释行中删除所有行直至脚本末尾：
#---------------------------------------- # Device Calculator #----------------------------------------
5.在脚本末尾添加以下几行，并将脚本保存为 electrodes.py。
left_electrode.setCalculator(left_electrode_calculator) left_electrode.update() nlsave('left_electrode.nc', left_electrode) right_electrode.setCalculator(right_electrode_calculator) right_electrode.update() nlsave('right_electrode.nc', right_electrode)
注意
在电极完全相同的情况下，删除涉及 “right_electrode” 的三行，并从所有剩余变量中删除带有 “left” 前缀的：
electrode.setCalculator(electrode_calculator) electrode.update() nlsave('electrode.nc', electrode)
6.运行电极脚本，如利用 Job Manager 
。
7.现在开始修改脚本 device.py。从头开始，删除所有涉及左右电极结构的行，即删除所有线直至（但不包括）
# ------------------------------------------------------------- # Central region # -------------------------------------------------------------
8.代替地，在脚本的顶部添加以下行，即从文件中读取保存的电极：
left_electrode = nlread("left_electrode.nc")[0] right_electrode = nlread("right_electrode.nc")[0]
提示
在电极完全相同的情况下，如果仅执行并保存单个电极计算，如 electrode.nc，使用此文件可以加载两个电极。
9.建议（但不是绝对必要）也删除电极计算器的定义，包括器件计算器中的几行：
electrode_calculators= [left_electrode_calculator, right_electrode_calculator],
是的，您已成功将电极和器件计算分离成了两个脚本。完成电极计算后，您可以运行 device.py，并观察到它完全绕过了电极计算。
提示
下一步是什么？ 对于这些电极计算的每个新的中心区域结构，只需替换 device.py 中 central_region 的定义，然后运行器件计算。确认检查器件参数，如偏压等。
或者，您可以将上面的步骤 7-9 应用于任何完整的器件计算脚本，同时牢记有关数值精度参数的要点。