量子輸運程序Nanodcal在材料計算及物理教學中的應用

馮雨 周廷

摘 要：為了使學習者在計算材料學中對材料結構特性有一個清晰的物理圖像，開展現代教育技術輔助計算材料學的教學和研究，利用量子輸運程序Nanodcal可以對相關材料進行模型構建和計算分析，一方面可以使學習者形象生動的理解計算材料學的知識點;另一方面可以激發學習者研究興趣，培養其探索和解決問題的能力。

關鍵詞：計算材料學 物理教學 現代教育技術

社會的發展離不開對材料學的研究，先進的材料可以幫助人類解決信息、能源等方面的問題。最初，新型材料的研制以及對其性能的探索只依賴于實驗，對材料微米級別的研究并不能完全揭示其結構和性能，而對材料納米級別的研究需要更精密的儀器以及更多的資金。另一方面，傳統的理論研究方法已經無法對新型材料相關特性給出解析表達。利用高性能計算機進行模擬和計算為材料研究提供了新的強有力手段，可以在虛擬環境下設置高溫高壓、電場、磁場等外界環境，模擬材料在不同條件下性能的變化規律。計算材料學已經成為材料理論研究與材料實驗研究之間的重要紐帶。在對材料進行計算時，首先要根據材料的類型、所需要的外界條件等因素選擇合適的計算方法。

在計算材料領域，對自旋電子學器件輸運性質的計算一直是人們重點關注的方向。電子除了電荷屬性之外，還具有自旋屬性。由于自旋電子學器件具有更低的能耗，更強大的數據儲存能力、更快速地信息處理能力等特點，在磁記錄讀出磁頭、磁傳感器、磁性隨機存儲器及量子計算機等領域有著廣闊的應用前景?！?br>