新版发布：Device Studio 2019B

Device Studio（DS）作为鸿之微平台型的图形界面软件，不仅是一款材料设计与结构仿真的软件，同时也集成了涵盖力、热、光、电、磁等诸多方向的科学计算软件。在Device Studio平台上，能够实现材料仿真、科研计算、远程管理和可视化分析的全过程，从而实现材料设计与模拟一体化。

Device Studio搭建的结构模型，可以广泛应用于分子、材料、器件等领域，Device Studio为科研工作提供坚实的材料和器件设计平台。通过Device Studio验证的材料模型与仿真，可以运用在量子器件、人工生物、先进电池、智能照明、存储器等产业中，辅助其在电子材料、合金、生物科技等领域开展材料研发与设计，为光电和集成电路等产业提供专业的技术支撑。

作为材料设计与仿真软件，Device Studio能够进行电子器件的结构搭建与仿真；能够进行晶体结构和纳米器件的建模；能够生成科研计算软件的输入文件并进行存储和管理；可以根据用户需求，将输入文件传递给远程或本地的计算机进行计算，并控制计算流程；可以将计算结果进行可视化显示和分析。

作为科学计算的平台，Device Studio集成了量子输运计算软件Nanodcal，新型光电材料设计软件MOMAP，大体系密度泛函计算软件RESCU，嵌段共聚物自洽场理论计算软件TOPS，材料微观组织演化模拟软件STEMS；以及其他主流的科学计算软件，诸如：VASP、Gaussian、Lammps等。在Device Studio平台上，用户可以自由定制、购买自己的软件系统，以满足研究工作的不同需要。能够实现模型搭建，科研软件的输入输出，远程服务器的连接和管理，可视化的显示与分析整套科研流程的一体化，极大地促进和提升科研效率，帮助科研工作者解决当今多尺度材料设计和器件模拟中的一系列重要问题。

Device Studio可以运行于Windows和Linux系统。在鸿之微Nanodcal一体机、MOMAP一体机、RESCU一体机、GPU一体机上可以实现自动化、多尺度、全流程的科学计算。

Device Studio建模平台更新功能：

1. 优化结构文件导入速度

?设计功能：优化数据结构，提高软件导入结构的速度。

2. 搭建弯曲器件

?设计功能：优化搭建弯曲器件功能，在弯曲一侧自动添加一层缓冲层

3. 超胞识别原胞

?设计功能：从晶体结构中识别出最小重复单元原胞结构

4. ONCV基组

?设计功能：自动优化生成ONCV赝势线性原子轨道基组

5. Lammps软件

?设计功能：挂载Lammps软件输入参数界面，生成Lammps输入文件

6. TOPS软件

?设计功能：挂载TOPS软件输入参数界面，生成TOPS输入文件

7. 一键运行Nanodcal软件

?设计功能：在Windows系统中，界面设置好Nanodcal输入参数，可一键执行相关计算。

8. 一键运行RESCU软件

?设计功能：在Windows系统中，界面设置好RESCU输入参数，可一键执行相关计算。

1-2为优化功能；3-8当前版本新增功能；

量子输运计算软件Nanodcal 功能列表

1. ‘selfConsistentField’, ‘selfConsistent’

?设计功能：自洽场计算

2. ‘structure’

?设计功能：通过输出、显示器件结构，使用户更方便地检查其输入文件中所准备的器件结构是否正确合理。用于实际计算前的用户自检。

3. ‘energy’

?设计功能：系统总能量计算

4. ‘bandStructure’

?设计功能：电子能带结构计算

5. fullBandStructure’

?设计功能：电子全能带结构计算

6. ‘complexBandStructure’

?设计功能：电子复能带结构计算

7. ‘densityOfStates’

?设计功能：各种电子态密度计算

8. ‘scatteringStates’

?设计功能：器件本征散射态计算，可得到实空间散射波函数

9. ‘transmission’

?设计功能：电子透射谱

10. ‘transmissionChannel’

?设计功能：电子输运通道数分析

11. ‘spinPolarization’, ‘magneticMoment’

?设计功能：电子自旋极化率和电子自旋磁矩分析。可以投影到原子，轨道，以及实空间格点

12. ‘charge’, ‘electrons’

?设计功能：电荷在实空间、轨道空间、以及自旋空间中的分析

13. ‘potential’

?设计功能：Vdh, Veff, Vxc, Vna等实空间势能函数的提取

14. ‘conductance’

?设计功能：电流和电导计算

15. ‘IVCurve’

?设计功能：IV曲线

16. ‘photoCurrent’

?设计功能：光电流计算

17. ‘force’

?设计功能：原子受力计算

18. ‘stressMatrix’

?设计功能：晶格应力计算

19. ‘HessianMatrix’, ‘dynamicalMatrix’

?设计功能：原子振动的动力学矩阵

20. ‘phononBandStructure’

?设计功能：声子能带结构计算

21. ‘phononFullBandStructure’

?设计功能：声子全能带结构计算

22. ‘vibrationalDensityOfStates’, ‘phononDensityOfStates’

?设计功能：声子态密度计算

23. ‘phononTransChannel’,

?设计功能：声子输运通道分析

24. ‘eigenStates’

?设计功能：晶体和分子本征态计算，可得到实空间本征波函数

25. ‘electronDensity’

?设计功能：Rna, Rho, 以及Rho-Rna等实空间的电子密度函数的提取

26. ‘momentum’

?设计功能：电子动量算符矩阵计算

27. ‘structureRelaxation’

?设计功能：结构弛豫

28. ‘HarrisField’, ‘HarrisApproximation’

?设计功能：基于系统中各原子电荷密度的简单叠加所得到的电荷密度，计算出相应的哈密顿量。并进一步计算出基于该哈密顿量的密度矩阵，以及Harris近似下的系统总能量。

29. ‘postSelfConsistencyField’ – 加SOC

?设计功能：在自洽的哈密顿量上，添加未参与自洽计算的小的修正项，例如SOC，以得到完整的哈密顿量。

30. ‘acConductance’

?设计功能：交流电导计算

31. ‘acTransmission’

?设计功能：交流透射谱计算

32. ‘effectiveMass’

?设计功能：载流子有效质量计算。

33. ‘vdwForce’

?设计功能：根据DFT-D2模型计算范德瓦尔斯力

34. ‘vdwStress’

?设计功能：根据DFT-D2模型计算范德瓦尔斯应力

35. ‘modulus’

?设计功能：计算材料的弹性模量，包括杨氏模量、剪切模量、泊松比等。力学模块

36. ‘jointDensityOfStates’

?设计功能：联合电子态密度计算

37. ‘thermoelectricCurrent’

?设计功能：热电流计算。温差导致的电流

38. ‘bufferConstrain’

?设计功能：用于Voltage drop的修正，同时显著提高了收敛速度

39. ‘Seebeck’

?设计功能：用于器件体系的Seebeck系数计算

40. ‘ZT’，’thermoelectricProperties’

?设计功能：根据晶体中电子和声子的输运通道数，计算出电导，Seebeck系数，晶格热导，电子热导，以及热电优值，根据需要选择计算ZT的方向

41. ‘CollinearSpin thermoelectricProperties ‘

?设计功能：考虑线性自旋的热电体系，包括：自旋电子热导，自旋seebeck系数，自旋电导

42. ‘ GeneralSpin thermoelectricProperties ‘

?设计功能：考虑一般自旋以及自旋轨道耦合的热电体系计算

1-40为完善功能；41-42当前版本新增功能；

43. ‘Mobility’

?设计功能：半导体材料中电子和空穴的迁移率计算

44. ‘MeanFreePath’

?设计功能：金属材料中电子的平均自由程

45. ‘permittivity’

?设计功能：介电常数

46. ‘refractiveIndex’

?设计功能：折射率

47. ‘extinctionCoeffient’

?设计功能：消光系数

48. ‘absorptionCoeffient’

?设计功能：吸收系数

49. ‘susceptibility’

?设计功能：磁化率

43-49为完善功能

大体系密度泛函计算软件RESCU功能列表

1. Real space basis

?设计功能：RESCU使用实空间格点基矢对KS方程进行离散化。

2. LCAO basis

?RESCU使用LCAO基矢对KS方程进行离散化。

3. Self-consistent

?设计功能：自洽场计算，求解KS方程得到电荷密度Rho。

4. Spin

?设计功能：RESCU能够计算无自旋、共线自旋、非共线自旋及自旋轨道耦合的体系。

5. Functional

?设计功能：支持LDA,GGA(PBE),mGGA(mBJ)和杂化泛函(HSE)。并支持了上百种LIBXC库中的泛函。

6. Total energy

?设计功能：系统总能量计算。

7. Force

?设计功能：原子受力计算。

8. Band structure

?设计功能：电子能带计算。

9. Structure relaxation

?设计功能：RESCU提供了最速下降、共轭梯度、准牛顿等方法来寻找能量最低的结构。

10. Density of states

?设计功能：电子态密度计算。

11. Projected density of states

?设计功能：电子投影态密度计算，可以投影态密度投影到角量子数、磁量子数、原子和元素上。

12. Boundary conditions

?设计功能：RESCU支持多种边界条件：周期性、狄利克雷、诺依曼和开放边界条件。

13. Local density of states

?设计功能：电子局域态密度计算，计算某一个能量或者能量范围内的实空间态密度。

14. Phonon band structure (FD)

?设计功能：通过有限位移的方法直接计算动力学矩阵，从而得到声子能带。计算包含动力学矩阵、声子频率等性质。

15. Mulliken populations

?设计功能：Mulliken 布居是表示电荷在各组成原子之间分布情况的方法，可以用来分析电荷转移，化学键等性质。

16. DFT+U

?设计功能：在K-S的哈密顿量中引入Hubbard U。

17. Wavefunction

?设计功能：RESCU能够计算某个指定K点的波函数。

18. Potential

?设计功能：计算实空间的势函数。

19. Band decomposition

?设计功能：能带投影到原子轨道的贡献。

20. Band unfolding

?设计功能：将超胞的能带折叠进原胞中。

21. Phonon band structure (DFPT)

?设计功能：使用密度泛函微扰理论计算动力学矩阵，从而得到声子谱。计算包含动力学矩阵、声子频率等性质。

22. Dielectric tensor

?设计功能：在密度泛函微扰理论中，通过计算总能对均匀小电场的二阶导可以得到介电常数张量及极化率。

23. Optical properties

?设计功能：使用密度泛函微扰理论，RESCU能够计算介电常数函数、折射率、能量损失函数和红外强度等光学性质。

24. External electric field

?设计功能：RESCU能够在KS方程中引入外加电场。

25. Maximally localized Wannier functions (MLWF)

?设计功能：新增最大局部化Wannier函数（MLWF），该功能支持各种自旋体系。

26. Raman tensor and intensity (DFPT)

?设计功能：在密度泛函微扰理论框架下计算拉曼张量和拉曼强度。

27. Hybrid DFT

?设计功能：使用新的NOPAIN2算法来进行杂化密度泛函的计算。引入高动量修正来加快计算速度；支持各种自旋体系。同时用户可以自定义修改杂化方程系数。

28. Mobcal interface

?设计功能：新增加MobCal软件接口。

29. GPU

?设计功能：优化GPU加速算法；支持HSE计算加速。

1-24为完善功能；25-29当前版本新增功能；

新型光电材料设计软件MOMAP功能列表

1. Fluorescence absorption spectrum

?设计功能：荧光吸收光谱

2. Fluorescence emission spectrum

?设计功能：荧光发射光谱

3. Fluorescence radiation rate

?设计功能：荧光辐射速率

4. Internal conversion rate

?设计功能：内转换速率

5. Phosphorescence emission spectrum

?设计功能：磷光发射光谱

6. Phosphorescent radiation rate

?设计功能：磷光辐射速率

7. Intersystemcrossing rate

?设计功能：系间窜越速率

8. Reorganizationenergy

?设计功能：重整能

9. Huang–Rhysfactor

?设计功能：黄昆因子

10. Electronic vibrational coupling analysis

?设计功能：电子振动耦合分析

11. Temperature effect

?设计功能：温度效应

12. Split molecule

?设计功能：分子拆分

13. Check molecular structure

?设计功能：检验分子结构

14. Submit charge transfer integral

?设计功能：提交转移积分任务

15. Submit reorganization energy

?设计功能：收集转移积分

16. Collect transfer integral

?设计功能：收集转移积分

17. Analyze reorganization energy

?设计功能：分析重整能，判断重整能合理性

18. Marcus model

?设计功能：Marcus模型

19. Full-quantum model

?设计功能：全量子模型

20. Monte Carlo simulation

?设计功能：蒙特卡洛模拟

21. Random walk simulation

?设计功能：随机行走模拟

22. Carrier mobility

?设计功能：载流子迁移率

23. Anisotropic transport property

?设计功能：各向异性迁移率

24. Multimolecular luminescent properties

?设计功能：双分子及多分子发光性质

25. Result judgment

?设计功能：量化计算结果判断

26. Carriermobility of amorphous and thin film

?设计功能：非晶及薄膜迁移率

27. Master-equationmodel

?设计功能：主方程模型

28. Thermoelectric figure of merit

?设计功能：热电优值

29. Python scheduler

?设计功能：使用Python脚本调度程序计算

30. Job manager system

?设计功能：运行环境支持Local PBS LSF SLURM

31. Mobility for binary and multivariate eutectic

?设计功能：二元及多元共晶迁移率计算

32. Q-chem interface

?设计功能：增加Q-chem接口

33. QM/MM simulation

?设计功能：支持QM/MM计算

1-28为完善功能；29-33为当前版本新增功能；

材料微观组织演化模拟软件STEMS功能列表

1. Dendritic solidification

?设计功能：凝固过程中的支晶生长现象

2. Eutectic growth

?设计功能：共晶生长现象

3. Directional solidification

?设计功能：定向凝固

4. Rapid solidification

?设计功能：快速凝固

5. Solidification defects

?设计功能：凝固缺陷

6. Solidification stress

?设计功能：凝固压力

1-6当前版本完善功能

嵌段共聚物自洽场理论计算软件TOPS功能列表

1. Topological definition

?设计功能：自定义聚合物分子拓扑

2. Special initialization

?设计功能：特殊初始化初场

3. Automatic Periodic Optimization

?设计功能：自动周期优化

4. Rapid algorithm

?设计功能：加速收敛算法

5. Dual Platform

?设计功能：多平台操作

6. Topological Verification

?设计功能：拓扑结构验证

7. Free Energy Analysis

?设计功能：自由能分析

1-7当前版本新增功能

来源：鸿之微科技