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。
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 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 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
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 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。
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。
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.