自旋极化原子链的透射谱
版本：2016.3
在本教程中，您将学习如何构建原子链器件，并在电极平行和反平行自旋极化两种情况下计算自旋极化透射谱。
您将使用碳原子链以加快计算。碳不具有天然磁性，但当链中的原子间距足够大且不过大时，电子基态实际上是自旋极化的。该系统当然是高度人为的，而这种选择也只是出于说明方的目的。
构建 1D 碳链
1.打开 QuantumATK 
Builder。
2.在 Stash，点击 Add 
New Configuration。用于创建氢原子。
3.选择 3D 视图里的氢原子，利用 
Periodic Table 工具将其转变为碳。
4.打开 Bulk Tools Lattice Parameters 工具更改晶格类型为 Simple tetragonal。然后设置晶格常数为 a = 6 Å，c = 2.9 Å。
提示
沿 A 和 B 方向将采用周期性边界条件，因此我们将使用较大的 a = 6 Å 单胞矢量来最小化沿着A和B方向上链重复图像间的静电相互作用。
5.点击 Coordinate Tools Center 使原子位于原胞中心位置。
6.使用 Bulk Tools Repeat 插件在 C 方向上重复该系统 12 次。
7.采用 Device Tools Device from Bulk 插件创建碳链器件。自动建议的电极长度 8.7 Å 已足够，所以只需单击 OK 即可。
自旋平行透射谱
现在，您将在对平行自旋的整个器件设置一个 NEGF-DFT 计算，并为该自旋构型计算电子透射谱。
1.在 Builder 的右下角点击 Send to 按钮 
将器件构型发送到 
Script Generator。
2.设置默认输出文件为 carbon_para.nc。
3.添加一个 
New Calculator 模块到脚本，双击打开。
4.设置 Spin 为 Polarized。交换关联函数将自动转换为 LSDA。
5.添加一个 
Initial State 模块，用于定义初始自旋种群。打开并选择 User spin（所有原子现在都最大程度的向上自旋极化）。
6.添加 
Analysis ‣ TransmissionSpectrum 模块。对于 1D 碳链，默认的参数就可以满足需求。
7.QuantumATK 的 Python 脚本现在已经准备好了。将其发送到 
Job Manager，保存脚本为 carbon_para.py，然后运行计算，仅耗时几分钟。
注意
请不要关闭 Script Generator 窗口，稍后您将需要用到它。
提示
通过检查 QuantumATK 的 log 文件，注意上/下（DM [U] / DM [D]）电子态的种群在所有原子上几乎相同，正如在理想系统中所预期的那样。小的差异主要是由相对较低的默认密度网格截断造成的。
分析
现在您可以在 QuantumATK LabFloor 上获取计算得出的 TransmissionSpectrum 分析数据块。
选择 TransmissionSpectrum，用 Transmission Analyzer 绘制自旋平行透射谱。
绘制了透射光谱向上（浅蓝色）和向下（深蓝色）的自旋成分，它们明显不同：在费米能级处自旋向下透射谱为零，而（无单位的）自旋向上透射为 3。
自旋反平行透射谱
现在，您将进行自旋反平行计算，并将透射谱与自旋平行情况进行比较。已计算的自旋平行基态将用作反平行计算的初始猜想。
返回至 Script Generator 窗口，修改如下设置：
1.更改默认输出文件为 carbon_anti.nc。
2.双击 InitialState 模块，修改以下参数：
- 设置 initial state type 为 User spin。
- 将原子编号为 6 的自旋从 11 变为 -1。
- 标记 Use old calculation，设置 Filename 为
carbon_para.nc，即读取自旋平行基态的位置。
3.将脚本保存为 carbon_anti.py，并利用 Job Manager 运行。
分析
计算完成后，再次使用 Transmission Analyze 绘制 carbon_anti.nc 中包含的透射谱。在这种情况下，正如从器件的对称性可预期的那样，两个自旋成分具有相同的透射谱。
提示
如果检查反平行计算的 QuantumATK log 文件，您将看到确实在器件的右侧部分自旋反转了，自旋向下的密度矩阵 DM [D] 比自旋向下的 DM [U] 具有更高的占用率。
+------------------------------------------------------------------------------+ | Density Matrix Report DM[U] DM[D] DD | +------------------------------------------------------------------------------+ | 0 C [ 3.000 , 3.000 , 1.450 ] 2.99639 1.00028 -0.00333 | | 1 C [ 3.000 , 3.000 , 4.350 ] 3.00324 0.99997 0.00321 | | 2 C [ 3.000 , 3.000 , 7.250 ] 2.99536 1.00105 -0.00359 | | 3 C [ 3.000 , 3.000 , 10.150 ] 3.00271 1.00275 0.00546 | | 4 C [ 3.000 , 3.000 , 13.050 ] 2.96897 1.01659 -0.01444 | | 5 C [ 3.000 , 3.000 , 15.950 ] 2.92841 1.08262 0.01103 | | 6 C [ 3.000 , 3.000 , 18.850 ] 1.08262 2.92840 0.01101 | | 7 C [ 3.000 , 3.000 , 21.750 ] 1.01660 2.96897 -0.01444 | | 8 C [ 3.000 , 3.000 , 24.650 ] 1.00275 3.00271 0.00546 | | 9 C [ 3.000 , 3.000 , 27.550 ] 1.00105 2.99535 -0.00359 | | 10 C [ 3.000 , 3.000 , 30.450 ] 0.99997 3.00325 0.00322 | | 11 C [ 3.000 , 3.000 , 33.350 ] 1.00027 2.99629 -0.00344 | +------------------------------------------------------------------------------+
关于使用自旋平行计算作为初始状态，如果初始自旋（在 InitialState 模块中设置）小于零，则 QuantumATK 实际上会反转密度矩阵。而且，两个电极中的自旋将被自动设置为匹配在相应电极延伸部分中的自旋构型。
最后，在 LabFloor 上标记平行和反平行透射光谱，并使用 Compare Data 插件直接比较两种情况下的总透射。在费米能级附近采样能量窗口的大部分中，自旋平行态（蓝色）的透射明显大于反平行态（绿色）的透射。
