在非平衡条件下用于分子的量子化学模拟的方法和计算机系统技术方案

本发明专利技术涉及根据一个或多个外部参数的值的变化来利用外推分析表达近似自洽解或自洽解的变化的方法和计算机系统，所述自洽解用在至少含有两个探针或电极的系统的模型中，该模型基于包含有效单电子势能函数和／或有效单电子哈密顿函数的自洽确定的电子结构计算。本发明专利技术的方法包含如下步骤：利用自洽循环计算为第一外部参数的第一值确定对所选函数的第一自洽解；利用自洽循环计算为第一所选外部参数的第二值确定对所选函数的第二自洽解，所述第一所选外部参数的第二值不同于第一所选外部参数的第一值；和根据至少所确定的第一和第二自洽解以及第一所选外部参数的第一和第二值，利用外推表达第一所选外部参数的至少一个所选值的所选函数的近似自洽解或自洽解的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据一个或多个外部参数的值的变化来利用外推分析或技术表达近似自洽解(self-consistent solution)或自洽解的变化的方法和系统。该自洽解可以用在至少含有两个探针或电极的系统或纳米级系统模型中，并且该模型可能基于包含有效单电子势能函数和/或有效单电子哈密顿函数(Hamiltonian)的自洽确定的电子结构计算。
技术介绍
原子级模拟(atomic scale modeling)领域内的方法的最常见例子是密度函数理论(density Functional Theory，DFT)和哈特里-福克(Hartree-Fock，HF)理论，其中，模拟基于需要自洽确定有效单电子势能函数的电子结构计算。DFT的许多应用是研究当外部参数发生变化时系统如何响应。在这样的研究中，必须针对外部参数的每个值进行自洽计算，这是非常耗时的。一种重要应用是计算纳米级器件的伏安(Current-Voltage，I-U)特性。在Stokbro的《计算材料科学)》(Stokbro，Computational Materials Science 27，151(2003))中给出了这种计算的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种根据一个或多个外部参数的值的变化来利用外推分析表达近似自洽解或自洽解的变化的方法，所述自洽解用在至少含有两个探针或电极的系统的模型中，该模型基于包含有效单电子势能函数和／或有效单电子哈密顿函数的自洽确定的电子结构计算，该方法包含：　 　利用自洽循环计算为第一外部参数的第一值确定对所选函数的第一自洽解；利用自洽循环计算为第一所选外部参数的第二值确定对所选函数的第二自洽解，所述第一所选外部参数的第二值不同于第一所选外部参数的第一值；和根据至少所确定的第一和第 二自洽解以及第一所选外部参数的第一和第二值，利用外推表达第一所选外部参数的至少一个所选值的所选函数的...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-7-12 60/587,1611.一种根据一个或多个外部参数的值的变化来利用外推分析表达近似自洽解或自洽解的变化的方法，所述自洽解用在至少含有两个探针或电极的系统的模型中，该模型基于包含有效单电子势能函数和/或有效单电子哈密顿函数的自洽确定的电子结构计算，该方法包含利用自洽循环计算为第一外部参数的第一值确定对所选函数的第一自洽解；利用自洽循环计算为第一所选外部参数的第二值确定对所选函数的第二自洽解，所述第一所选外部参数的第二值不同于第一所选外部参数的第一值；和根据至少所确定的第一和第二自洽解以及第一所选外部参数的第一和第二值，利用外推表达第一所选外部参数的至少一个所选值的所选函数的近似自洽解或自洽解的变化。2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用线性外推表达近似自洽解或自洽解的变化。3.根据权利要求1所述的方法，其中，利用自洽循环计算为第一所选外部参数的第三值确定对所选函数的第三自洽解，所述第一所选外部参数的第三值不同于第一所选外部参数的第一和第二值，并且其中根据至少所确定的第一、第二和第三自洽解以及第一所选外部参数的第一、第二和第三值，利用外推表达第一所选外部参数的至少一个所选值的所选函数的近似自洽解或自洽解的变化。4.根据权利要求3所述的方法，其中，利用二阶外推表达近似自洽解或自洽解的变化。5.根据权利要求1-4的任何一项所述的方法，其中，被模拟的系统是纳米级器件或包含纳米级器件的系统。6.根据权利要求1-5的任何一项所述的方法，其中，系统的模拟包含将一个或多个外部参数作为输入提供给所述探针或电极。7.根据权利要求1-6的任何一项所述的方法，其中，该系统是双探针系统，而外部参数是跨越所述两个探针或电极的偏压U，所述双探针系统被模拟成具有通过相互作用区相互耦合的两个实质上半无限的探针或电极。8.根据权利要求1-6的任何一项所述的方法，其中，该系统是带有三个探针或电极的三探针系统，而外部参数是第一所选参数和类型与第一所选参数相同的第二所选参数。9.根据权利要求8所述的方法，其中，该系统是带有三个探针或电极的三探针系统，而外部参数是跨越所述电极中的第一和第二电极的第一偏压U1以及跨越所述电极中的第三和第一电极的第二偏压U2，所述三探针系统被模拟成具有通过相互作用区相互耦合的三个实质上半无限的探针或电极。10.根据权利要求8或9所述的方法，所述方法进一步包含利用自洽循环计算为第二所选外部参数的第一值确定对所选函数的第四自洽解；利用自洽循环计算为第二所选外部参数的第二值确定对所选函数的第五自洽解，所述第二所选外部参数的第二值不同于第二所选外部参数的第一值；和其中，根据至少所确定的第一和第二自洽解，以及第一所选外部参数的第一和第二值，并进一步根据至少所确定的第四和第五自洽解，以及第二所选外部参数的第一和第二值，利用外推为第一所选外部参数的所选值和第二所选外部参数的所选值表达所选函数的近似自洽解或自洽解的变化的所述表达。11.根据权利要求10所述的方法，其中，利用线性外推表达近似自洽解或自洽解的变化。12.根据权利要求3和10所述的方法，其中，利用自洽循环计算为第二所选外部参数的第三值确定对所选函数的第六自洽解，所述第二所选外部参数的第三值不同于第二所选外部参数的第一和第二值；并且其中根据至少所确定的第一、第二和第三自洽解，以及第一所选外部参数的第一、第二和第三值，并进一步根据至少所确定的第四、第五和第六自洽解，以及第二所选外部参数的第一、第二和第三值，利用外推为第一所选外部参数的所选值和第二所选外部参数的所选值表达所选函数的近似自洽解或自洽解的变化的所述表达。13.根据权利要求12所述的方法，其中，利用二阶外推表达近似自洽解或自洽解的变化。14.根据权利要求10-13的任何一项所述的方法，其中，第二所选外部参数的第一值等于第一所选外部参数的第一值。15.根据权利要求1-14的任何一项所述的方法，其中，从由如下表示的函数中选择所选函数有效单电子势能函数、有效单电子哈密顿函数和电子密度。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所选函数是有效单电子势能函数或有效单电子哈密顿函数，而自洽循环计算基于密度函数理论DFT或哈特里-福克理论HF。17.根据权利要求1-16的任何一项所述的方法，其中，自洽循环计算基于包括如下步骤的循环计算a)为系统模型的所选区选择电子密度的值；b)为所选电子密度和外部参数的所选值确定有效单电子势能函数；c)计算与确定的有效单电子势能函数相对应的电子密度值；d)将电子密度的所选值与电子密度的计算值相比较，如果电子密度的所选值和计算值在给定数值精度内相等，那么e)将有效单电子势能函数的解定义成有效单电子势能函数的自洽解；而如果不相等，那么f)选择新的电子密度值，并重复步骤b)-f)，直到电子密度的所选值和计算值在所述给定数值精度内相等。18.根据权利要求17所述的方法，其中，针对系统的探针或电极区确定有效单电子势能函数的自洽解。19.根据权利要求16-18的任何一项所述的方法，其中，所选函数是系统相互作用区的有效单电子哈密顿函数，而系统相互作用区的有效单电子哈密顿函数的第二自洽解的确定包含在第一所选外部参数的给定值上计算相互作用区的有效单电子势能函数的相应自洽解的步骤。20.根据权利要求18和19所述的方法，其中，根据有效单电子势能函数的相应所确定的自洽解，为每个探针或电极区构建或确定格林函数。21.根据权利要求19或20所述的方法，其中，有效单电子哈密顿函数的第二自洽解的确定基于包括如下步骤的循环计算aa)为系统的相互用作区选择电子密度的值；bb)为所选外部参数的给定值确定所选电子密度的有效单电子势能函数；cc)根据在步骤bb)中确定的有效单电子势能函数确定相互作用区的有效单电子哈密顿函数的解；dd)根据在步骤cc)中确定的有效单电子哈密顿函数的解确定相互作用区的格林函数的解；ee)计算与相互作用区的确定格林函数相对应的电子密度值；ff)将电子密度的所选值与电子密度的计算值相比较，如果电子密度的所选值和计算值在给定数值精度内相等，那么gg)将有效单电子哈密顿函数的解定义成有效单电子哈密顿函数的自洽解；而如果不相等，那么hh)选择新的电子密度值，并重复步骤bb)-hh)，直到电子密度的所选值和计算值在所述给定数值精度内相等。22.根据权利要求1-21的任何一项所述的方法，其中，所选函数是用哈密顿矩阵表示的有效单电子哈密顿函数，所述矩阵的每个元素是具有利用相应外推表达式表达的近似自洽解或自洽解的变化的函数。23.根据权利要求7-22的任何一项所述的方法，其中，所选函数是有效单电子哈密顿函数，而外部参数是跨越系统的两个探针的偏压，其中，分别针对外部偏压的所选第一和第二值，为有效单电子哈密顿函数确定第一和第二自洽解，从而，当外部偏压发生变化时，获取外推表达式，作为有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，所述方法进一步包含利用表达有效单电子哈密顿函数的近似自洽解或自洽解的变化的所获得的外推表达式，针对施加偏压的许多不同值确定系统的两个探针之间的电流。24.根据权利要求23所述的方法，其中，针对外部偏压的给定范围和针对外部偏压的给定电压步长确定电流。25.根据权利要求24所述的方法，其中，利用如下循环确定电流aaa)在外部偏压的给定范围内确定最低电压的电流；bbb)按给定电压步长升高偏压；ccc)确定新升偏压的电流；和ddd)重复步骤bbb)和ccc)，直到新升偏压大于偏压的给定范围的最高电压。26.根据权利要求7-22的任何一项所述的方法，其中，所选函数是有效单电子哈密顿函数，而外部参数是跨越系统的两个探针的偏压，所述方法包含将外部偏压的所确定的电压范围划分成至少第一和第二电压范围；为第一和第二电压范围确定与所述电压范围的最大和最小值相对应的有效单电子哈密顿函数的最大和最小自洽解；当外部偏压发生变化时，获取第一外推表达式，作为有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，所述第一外推表达式基于第一电压范围的确定最大和最小自洽解以及第一电压范围的最大和最小电压值；当外部偏压发生变化时，获取第二外推表达式，作为有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，所述第二外推表达式基于第二电压范围的确定最大和最小自洽解以及第二电压范围的最大和最小电压值；利用获得的第一外推表达式，在由第一电压范围的最小和最大电压给出的电压范围内，针对施加偏压的许多不同值确定系统的两个探针之间的电流；和利用获得的第二外推表达式，在由第二电压范围的最小和最大电压给出的电压范围内，针对施加偏压的许多不同值确定系统的两个探针之间的电流。27.根据权利要求26所述的方法，其中，将确定的电压范围划分成至少三个电压范围，所述方法进一步包含为第三电压范围确定与第三电压范围的最大和最小值相对应的有效单电子哈密顿函数的最大和最小自洽解；当外部偏压发生变化时，获取第三外推表达式，作为有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，所述第三外推表达式基于第三电压范围的确定最大和最小自洽解以及第三电压范围的最大和最小电压值；和利用获得的第三线性外推表达式，在由第三电压范围的最小和最大电压给出的电压范围内，针对施加偏压的许多不同值确定系统的两个探针之间的电流。28.根据权利要求7-22的任何一项所述的方法，其中，所选函数是有效单电子哈密顿函数，而外部参数是跨越系统的两个探针的偏压，其中，分别针对外部偏压的所选第一和第二值，为有效单电子哈密顿函数确定第一和第二自洽解，所述第二值高于偏压的所选第一值，从而，当外部偏压发生变化时，获取第一外推表达式，作为有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，所述方法进一步包含aaaa)为外部偏压选择具有最大值和最小值的电压范围，以便在所述范围内，针对施加偏压的许多不同值确定系统的两个探针之间的电流；bbbb)利用自洽循环计算，针对外部偏压的所选最大值确定有效单电子哈密顿函数的最大自洽解；cccc)根据相应所确定的最大自洽解，针对偏压的最大值确定系统的两个探针之间的电流；dddd)根据获得的第一外推表达式，针对偏压的所选最大值确定系统的两个探针之间的电流；eeee)比较在步骤cccc)和dddd)中确定的电流，如果它们在给定数值精度内相等，那么ffff)当外部偏压发生变化时，将外推表达式用作有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，在由所选第一电压值和最大电压值给出的电压范围内，针对施加偏压的许多不同值确定系统的两个探针之间的电流。29.根据权利要求23所述的方法，其中，获取最大外推表达式，作为有效单电子哈密顿函数的近似自洽解，所述最大外推表达式基于所确定的第一和最大自洽解以及第一偏压和该偏压的最大值，并且其中当在步骤fff...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰里米泰勒，
申请(专利权)人：阿托米斯蒂克斯公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]