最近，中科院物理所表面物理国家重点实验室夏钶研究员与美国McGill大学的郭鸿教授小组合作，发展了一套基于LMTO的第一性原理方法，它能够处理具有原子无序的纳米电子器件的量子输运问题。

 

在纳米科学领域，数值计算扮演着越来越重要的角色。定量地理解纳米电子器件中的杂质效应，如磁性隧道结中无序导致的电子散射，稀磁半导体中自旋流的输运等等，具有非常重要的意义。由于体系中杂质的位置难以预料，所以在数值计算中，通常先在某个杂质浓度下产生一系列的无序构形，然后计算每个构型中的相关物理量，最后再做构形平均。这种强行求构形平均的方法在实际操作中并不可取，原因有两点：第一，当杂质浓度很低的时候，比如在半导体中可能在0.1%，必须构造一个超过1000个原子的超元胞并在其中放入一个杂质原子来模拟无序构形。第二，为了很好的模拟杂质，需要考虑大量的杂质构型。这两点通常会使计算量变得难以承受，因此人们试图寻找解析的方法来求构形平均。相干势近似CPA(coherent potential approximation)是被广泛采用的一种方案。到目前为止，CPA只是被应用到平衡态的电子结构和输运问题中，而多数的纳米电子器件都是在非平衡的条件下工作。所以发展非平衡条件下的处理杂质平均的方法就变得具有重要的现实意义。

 

与平衡态的电子结构计算相比，非平衡态下须要计算杂质散射的顶角修正。夏钶研究员与其合作者首先推导了基于密度矩阵的非平衡顶点修正NVC(nonequilibrium vertex correction)。发展出的程序可以从第一性原理方法出发自洽且高效地处理无序对非共线和非平衡量子输运的影响。相关的方法被应用到具有界面粗糙无序的Fe/vacuum/Fe磁性隧道结中。结果显示，界面无序对自旋注入与隧道磁电阻具有极大的影响。相关工作发表在《物理评论快报》（PRL ）。该工作得到基金委、科技部、中科院项目的支持。（来源：中科院物理研究所）