Nonlinear electronic transport in nanoscopic devices: Nonequilibrium Green's functions versus scattering approach
本文利用非平衡格林函数方法研究了纳米器件的非线性弹性量子电子输运性质。格林函数方法允许我们将给定器件的$I-V$特性扩展到所施加电压的任意幂。通过这样做，我们能够将NEGF方法与散射方法联系起来，显示它们的相似性和差异性，并计算任意阶的电导系数。我们证明了由NEGF给出的电子电流是规范不变性的所有订单的$V$的权力，并讨论了规范不变性的标准密度泛函理论（DFT）在分子电子学实现的要求。我们还分析了非线性电导系数的对称性相对于一个磁场反转和违反的Onsager互易关系与增加源漏偏置。
2009-07-12 cond-mat.mes-hall
Describing non-Hermitian dynamics using a Generalized Three-Time NEGF for a Partition-free Molecular Junction with Electron-Phonon Coupling
在本文中，我们开发的非平衡格林函数（NEGF）形式主义的耗散分子结，由一个中心的分子系统与一维电子输运耦合到声子环境和连接到多个电子引线。我们的方法是无分割的-系统的初始准备将整个系统置于正确的正则平衡态-并且对于具有任意时间依赖性的外部偏置是有效的。以路径积分为中介工具，对实虚混时的声子影响泛函进行两次Hubbard-Stratonovich变换，得到了电子密度矩阵的精确表达式，但代价是引入了严格由环境作用量导出的色高斯噪声.这导致在Konstantinov-Perel'轮廓的每个分支（上、下、垂直）上的唯一随机哈密顿量，使得刘维尔方程中的时间演化算子不再形成厄米共轭对，因此对应于非厄米动力学。为了说明这一点，我们开发了一个广义的三次NEGF，这是敏感的轮廓的所有分支，并将其与标准NEGF在声子的情况下，通过微扰膨胀的噪音。这种方法是精确的和完全通用的，描述了从初始热态的非平衡驱动动力学，同时受到非弹性散射，并可以应用于一般的非厄米动力学。
2021-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Distributed NEGF Algorithms for the Simulation of Nanoelectronic Devices with Scattering
通过非平衡格林函数（NEGF）的形式主义，量子尺度的设备模拟可以进行电子-声子散射的列入。然而，在NEGF形式主义下的实际尺寸的设备的模拟通常需要禁止量的存储器和计算时间。NEGF模拟的两个最苛刻的计算问题涉及到被称为半可分矩阵的结构矩阵的数学运算。在这项工作中，我们提出了这些计算问题的并行方法，允许有效的分配内存和计算的基础上的底层设备结构。由于上述计算负担，这在模拟实际尺寸的设备时至关重要。首先，我们考虑确定一个分布式的紧凑表示的延迟格林函数矩阵$G^{R}$。这种紧凑的表示是精确的，并允许通过固有的半可分结构生成矩阵中的任何条目。第二并行操作允许计算器件的电子密度和电流特性。具体地，半可分矩阵$G^{R}$的分布式表示与$Σ^{<}$中的自能散射项之间的矩阵乘积产生小于格林函数$G^{<}$。作为我们的方法的计算效率的说明，我们稳定地产生的纳米线的横截面尺寸高达4.5nm的流动性，假设一个原子模型与散射。
2011-03-29 cond-mat.mes-hall
Photoinduced dynamics of organic molecules using nonequilibrium Green's functions with second-Born, $GW$, $T$-matrix and three-particle ladder correlations
由分子靶的光激发触发的超快空穴动力学是一个高度相关的过程，即使对于那些具有弱相关基态的系统，如有机分子。在这里，我们提供了一个统一的框架和一个数值上有效的矩阵制定国家的最先进的非平衡格林函数（NEGF）的方法，如第二出生以及$GW$和$T$矩阵没有和{ \em}交换图。数值模拟的典范，精确可解的分子系统和所建立的NEGF方法的缺点突出。然后，我们开发了一个NEGF计划的基础上的Faddeev治疗的三粒子相关性的特殊改进，超过既定的方法进行了解释和证明。Faddeev NEGF方案与最大传播时间成线性关系，从而为大分子的飞秒模拟开辟了前景。
2021-03-22 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Space-averaged non-equilibrium Green's function approach for quantum transport in 3D
本文将有限体积法从二维薛定谔-泊松自洽求解扩展为三维非平衡格林函数框架，解决有限差分实现的关键难题并实现自能计算，适用于开放量子系统输运模拟。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall
Using Ensemble Monte Carlo Methods to Evaluate Non-Equilibrium Green's Functions, II. Polar-Optical Phonons
本文针对非平衡格林函数计算困难，将系综蒙特卡洛粒子方法从非极性光学声子扩展到长程极性光学声子，讨论其问题并给出模拟结果。
2023-04-20 cond-mat.mes-hall
Improvements on non-equilibrium and transport Green function techniques: the next-generation transiesta
我们提出了新的方法内实现的非平衡格林函数代码（NEGF）transiesta的基础上密度泛函理论（DFT）。我们灵活的下一代DFT-NEGF代码可处理具有单个或多个电极（$N_e\ge1$）的器件，这些电极具有单独的化学势和电子温度。我们描述了它的新方法，静电门控，轮廓优化，和断言的电荷守恒，以及新实现的优化和可扩展的矩阵求逆，性能关键的旋转，和混合并行化的算法。此外，一个通用的NEGF后处理代码（tbtranss/phtranss）的电子和声子输运提出了几个新奇的，如哈密顿插值，$N_e\ge1$电极的能力，键电流，广义用户定义的紧束缚传输接口，传输投影使用本征态的投影哈密顿量，和快速的大规模模拟反演算法，很容易超过$10^6$原子在工作站计算机上。这两个代码的新功能的演示和基准相关的测试系统。
2016-07-15 cond-mat.mes-hall
Green's functions perspective on nonequilibrium thermodynamics of open quantum systems strongly coupled to baths
我们给出了非平衡格林函数（NEGF）的观点，热力学公式的开放量子系统强烈耦合到浴。散射的方法意味着热力学考虑的一个超级系统（系统加浴）弱耦合到外部超级浴相比，考虑热力学的一个系统强耦合到它的浴。我们分析这两种方法从NEGF的角度来看，并认为后者产生的热力学配方与动力学（量子输运）描述一致的可能性。
2020-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Enabling Ab-Initio Molecular Dynamics under Bias: The CP2K+SMEAGOL Interface for Integrating Density Functional Theory and Non-Equilibrium Green Functions
Imperial College London（帝国理工学院）；University of Lincoln（林肯大学）
本文提出CP2K与SMEAGOL的新接口，实现DFT-NEGF下的电流诱导力，并验证于多种系统，首次实现大规模凝聚相系统在偏压下的分子动力学模拟。
2024-06-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum thermal transport in nanostructures
在这篇评论中，我们讨论了连接到两个半无限的引线作为热浴的纳米结的热输运计算方法。我们的重点是基本的量子理论和原子模型。首先介绍了弹道热输运的Landauer公式，并从散射波的观点给出了它的推导过程。给出了计算声子透射系数的几种方法（散射边界条件、模式匹配、Piccard公式和Caroli公式）。介绍了非平衡格林函数方法，推导了Caroli公式。我们还给出了迭代方法和算法的基础上的广义特征值问题的表面格林函数的计算，这是一个NEGF计算的起点。本文从格林函数的基本定义出发，以围道有序格林函数的运动方程和费曼图解展开为基础，对NEGF方法作了系统的阐述。在后一部分中，我们讨论了热传导中非线性效应的处理，包括传输的唯象表达式，声子-声子相互作用的NEGF，具有量子热浴的分子动力学（广义朗之万），以及电子-声子相互作用。并给出了一些新的结果。我们还简要回顾了纳米结构中热输运测量的实验现状。
2008-02-20 cond-mat.mes-hall
Self Consistent NEGF-LLG Model for Spin-Torque Based Devices
我们在这里提出了一个自洽的解决方案的量子输运，使用非平衡格林函数（NEGF）的方法，和磁化动力学，使用Landau-Lifshitz-Gilbert（LLG）制定。我们已经应用这个模型来研究电流引起的磁开关由于'自旋扭矩'在一个设备中的电子传输是弹道和自由磁性层夹在两个反平行铁磁接触。该器件在室温下表现出明显的滞后电流-电压特性，并在两种状态之间有一个急剧的转变，因此可以用作非易失性存储器。我们表明，所提出的设计可以允许减少开关电流的数量级。
2006-08-29 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium Green's function method for quantum thermal transport
本文综述了非平衡格林函数（NEGF）方法应用于原子振动（声子）引起的能量输运问题，主要是小结系统。我们提出了一个教学介绍的主题，推导出一些著名的结果，如在弹道系统中的热流Laudauer式公式。审查的主要目的是建立这一方法的机制，使其能够适用于本文没有直接讨论的其他情况。除了上述，我们考虑了一些NEGF的应用，而不是在常规的模型系统计算，但在一些新的方面显示的权力和有用的形式。特别地，我们讨论了多导联、左右导联耦合系统和无中心系统的问题。我们还将该方法应用于全计数统计量问题。在非线性系统的情况下，我们对热膨胀效应，声子弛豫时间，和某一类平均场近似作了一般性的评论。最后，我们研究NEGF，约化密度矩阵，和主方程方法的热输运之间的关系。
2013-03-29 cond-mat.mes-hall
Nonequilibrium Green's function method for phonon-phonon interaction and ballistic-diffusive thermal transport
利用动量空间中的非平衡格林函数（NEGF）公式，系统地研究了有限温度下声子-声子相互作用。在准粒子近似下，由延迟自能得到声子频移和声子寿命。最低阶NEGF提供与费米黄金法则相同的声子寿命。热导率由具有唯象传递函数的Landauer公式预测。我们的方法的主要优点是，它涵盖了弹道和扩散的限制和热导不同的系统尺寸可以很容易地得到一旦模式依赖的声子平均自由程计算NEGF。作为例子，我们将该方法应用于两个一维原子链模型（FPU-β模型和B_2^4模型），并在此基础上引入了一个附加的谐振子在位势.将所得热导率与准经典分子动力学方法的结果进行了比较。在FPU-β模型中引入了调和在位势，消除了导热系数的发散。
2008-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optical spectroscopy of molecular junctions: Nonequilibrium Green's functions perspective
我们从量子输运的角度考虑了分子结的光谱学，辐射场被量子化，系统的光学响应被模拟为光子通量。使用精确的表达式内的非平衡格林函数（NEGF）的方法，并利用四阶图解微扰理论在分子耦合辐射场，我们进行模拟采用现实的参数导出的光子和电子通量。模拟结果进行了比较裸微扰理论（PT）通常采用在非线性光学光谱学的研究，光学过程进行分类。我们发现，裸PT违反守恒定律，而通量守恒NEGF配方混合光学过程。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Time resolved optical response of the Dicke's model via the nonequilibrium Green's function approach
本文利用非平衡格林函数方法研究Dicke模型中的二次谐波产生，发现该方法与精确对角化结果高度一致，并揭示无序和电子-电子相互作用会削弱SHG信号，同时提出修正方案以处理腔泄漏效应。
2023-12-21 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
AD-NEGF: An End-to-End Differentiable Quantum Transport Simulator for Sensitivity Analysis and Inverse Problems
Tianjin University（天津大学）；Noah’s Ark Lab, Huawei（华为诺亚方舟实验室）；University College London（伦敦大学学院）；Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）
本文提出首个端到端可微分NEGF量子输运模拟器AD-NEGF，在PyTorch中结合隐式层技术实现高效梯度计算，用于灵敏度分析、参数拟合与掺杂优化，加速材料设计。
2023-06-07 cond-mat.mes-hall cs.LG quant-ph
Charge separation in donor-C60 complexes with real-time Green's functions: The importance of nonlocal correlations
我们使用非平衡格林函数（NEGF）方法进行实时模拟的超快电子动力学的光激发供体C60复合物建模的Pariser-Parr-Pople哈密顿量。NEGF的结果进行了比较，平均场哈特里-福克（HF）计算解开相关性的作用。最初的基准对数值上高度精确的时间依赖的密度矩阵重整化群计算验证NEGF的准确性。然后，我们发现，电荷转移（CT）激子部分衰减到电荷分离（CS）状态，如果动态非局域相关修正。这种CS过程发生在光激发后约10 fs。相比之下，在HF模拟中激子复合的概率几乎是100%。这些结果在很大程度上不受核振动的影响;然而，当水平不对准阻碍CT过程时，后者变得至关重要。我们的研究结果的强大的性质表明，超快CS驱动的相关性诱导的退相干可能会发生在许多有机纳米尺度系统，但它只能正确预测的理论处理，包括时间非局部相关性。
2018-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Nonequilibrium Green's Function simulation of Cu2O photocathodes for photoelectrochemical hydrogen production
本文建立基于 NEGF 的 PEC 水分解电池 Cu2O 光电阴极模拟，自洽耦合静电、光子散射与反应过电势，准确再现伏安和阻抗实验并给出纳米尺度能量分辨载流子信息。
2023-11-03 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph physics.comp-ph
Nonequilibrium Green's functions and atom-surface dynamics: Simple views from a simple model system
采用非平衡格林函数（NEGF）描述了超快激光脉冲作用下吸附物-表面模型系统的实时动力学。对于有限数量的电子轨道，系统被精确求解，并在不同的近似水平。具体而言，i）电子和核自由度的完全精确量子力学解被用于基准ii）核的埃克塞特近似（EA），其中电子动力学仍然被精确地处理。然后，使用EA，电子相关处理与NEGF在iii）第二玻恩和iv）最近推出的混合方案，它混合了第二玻恩自能与非微扰，局部交换相关势的密度泛函理论（DFT）。最后，半无限衬底的效果被认为是：我们观察到，宏观数量的去激发通道可以阻碍解吸。虽然非常初步的性质，并基于一个简单而具体的模型系统，我们的研究结果清楚地说明了巨大的潜力NEGF调查原子解吸，更一般地说，非平衡动力学的材料表面超快激光场。
2016-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Anharmonic phonon-phonon scattering at interface by non-equilibrium Green's function formalism
固/固界面热声子非弹性散射的理解和建模仍然是一个悬而未决的问题。我们提出了一个全量子理论方案，通过非平衡格林函数（NEGF）形式主义来量化界面处的非谐声子-声子散射的影响。基于实空间散射率矩阵，分解的界面光谱能量交换的本地和非本地的非谐相互作用，其中前者被证明是占主导地位的高频声子，而两者都是重要的低频声子的贡献。界面声子模的非谐衰减被揭示在桥接体模穿过界面中起着至关重要的作用。非谐性对热边界传导的整体定量贡献被认为是温和的。目前的工作促进了更深入的了解在界面处的热输运和非谐声子NEGF形式主义的直观解释。
2021-03-18 cond-mat.mes-hall
Green's function methods for single molecule junctions
我们提出了一个简短的教学回顾理论格林函数方法适用于开放量子系统的平衡一般，特别是单分子结。我们简要介绍了分子电子学的实验进展，然后讨论不同的理论方法。然后，我们专注于格林函数方法。控制物理学的两个特征能量尺度是结内的多体相互作用和分子接触耦合。因此，我们讨论弱相互作用和弱耦合，作为两个限制，可以方便地处理内，分别是标准的非平衡格林函数（NEGF）方法和它的多体风味（pseudoparticle和哈伯德NEGF）。我们认为，中间制度，其中两个能量尺度是可比的，在许多情况下，可以有效地处理内最近推出的超微扰双费米子的方法。最后，我们审查的方法，超越这些分析可访问的限制，体现了最近的发展，在数值精确的方法的基础上格林函数。
2020-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.chem-ph
Reinterpreting Memory Effects in Nonequilibrium Systems: From Temporal Dynamics to Steady-State Signatures via NEGF
Birla Institute of technology and Science, Pilani（比拉理工学院）
本文利用非平衡格林函数和Schwinger-Keldysh场论，研究二维晶格系统中的记忆效应与量子输运，揭示弹性与非弹性散射机制如何产生马尔可夫或非马尔可夫动力学，并通过谱函数诊断非平衡记忆效应。
2026-05-27 cond-mat.mes-hall
Spin Currents in Semiconductor Nanostructures: A Nonequilibrium Green-Function Approach
这一章的“牛津纳米科学与技术手册：前沿和进展”评论非平衡格林函数（NEGF）的方法来模拟自旋电流的产生，运输和检测半导体纳米结构包含不同类型的自旋轨道（SO）耦合。它的教程风格-从自旋霍尔效应（SHE）领域的例子和治疗的Rashba，Dresselhaus和外在SO耦合-提供实用的配方来计算总自旋和电荷电流流出的设备，以及非平衡局部自旋密度和自旋通量内的多端纳米结构。这些量是从自旋分辨的NEGFs的知识中获得的，NEGFs可以描述弹道和扩散输运机制，同时处理室温下相关的相位相干效应或退相机制，可以用来理解最近在复杂的低维纳米结构中对介观和量子SHE的全电检测实验，以及利用相干自旋动力学对大量的“第二代”自旋电子器件进行建模。本章还提供了相关的技术和计算细节，如广泛的覆盖面：（一）延迟和更少的绿色功能的SO耦合纳米结构连接到许多电极的建设;（二）计算的自能量所引入的不同类型的电极连接到中心区域;以及（iii）用于NEGF评估的加速算法，其使得在尺寸与自旋进动长度相当的器件中进行自旋输运建模成为可能（通常几百纳米），其设定了弹道SO耦合纳米结构中的介观SHE效应预期达到其最佳量级的尺度。
2009-07-23 cond-mat.mes-hall
Büttiker probes for dissipative phonon quantum transport in semiconductor nanostructures
现代半导体纳米器件中声子输运的理论预测需要器件特征的原子分辨率和涵盖相干和非相干效应的量子输运模型。非平衡格林函数方法（NEGF）是众所周知的，以服务于这一目的非常好，但数值计算非常昂贵。这项工作扩展了非常有效的Büttiker探测概念的声子NEGF，并讨论了这种方法的所有影响。Büttiker探针参数，再现内NEGF实验声子电导的Si和Ge之间的10 K和1000 K。这种方法在SiGe异质结中的结果说明界面弛豫对器件热导的影响和声子分布的非弹性散射的重要性。
2015-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Electron density and transport in top-gated graphene nanoribbon devices: First-principles Green function algorithms for systems containing large number of atoms
石墨烯纳米晶体管（GNR）场效应晶体管的最新制造对碳纳米电子学的第一原理建模提出了挑战，因为该器件中存在数千个原子。基于非平衡格林函数理论和密度泛函理论的量子输运算法（NEGF-DFT），最初是为了计算平衡态和有限偏压下的自洽电子密度而开发的（作为获得电导或电流-电压特性的先决条件，分别）用于附着到金属电极的小分子，其中通常仅模拟几百个原子。在这里，我们介绍了两个数值上有效的算法，使它有可能扩展的NEGF-DFT框架，涉及大量的原子的设备模拟相结合。我们说明这两种算法融合到NEGF-DFT类型的代码通过计算电荷转移，电荷再分布和电导在dielag-GNR/可变宽度扶手椅-GNR/dielag-GNR双端器件覆盖的石墨烯层制成的栅电极以及。在该装置的模拟中心区域内的碳和边缘钝化氢原子的总数为~7000。我们的自洽模型的栅极电压效应表明，可能需要相当大的栅极电压，以转移所提出的AGNR互连的带隙和开关的运输从绝缘到一个单一的开放导电通道的制度。
2009-09-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
The universality of electronic friction II: Equivalence of the quantum-classical Liouville equation approach with von Oppen's nonequilibrium Green's function methods out of equilibrium
在最近的一份出版物[W。Dou，杜氏隐翅虫G. Miao和J. E. Subotnik，Phys. Rev. Lett. 119，046001（2017）]，使用量子经典刘维尔方程（QCLE），我们推导出一个分子在一个或多个金属表面附近移动时所感受到的电子摩擦的非常一般的形式。此外，我们已经证明了QCLE电子摩擦与Head-Gordon-Tully模型以及平衡态下von Oppen的非平衡态格林函数（NEGF）方法的等价性[W. Dou和J. E. Subotnik，Phys.Rev.B96，104305（2017）]。在本文中，我们现在进一步证明QCLE摩擦和NEGF摩擦之间的等价性的情况下，多个金属表面和一个不平衡的电子流。目前的结果结束了我们最近的主张，只有一个普遍的电子摩擦张量所产生的玻恩-奥本海默近似。
2018-01-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunable photonic cavity coupled to a voltage-biased double quantum dot system: Diagrammatic NEGF approach
采用Keldysh非平衡格林函数方法，研究了具有任意强点-铅耦合和类Holstein光-物质相互作用的双量子点微波光子谐振腔的增益.我们计算了腔的非平衡性质：它的传输，相位响应，平均光子数，功率谱和谱函数。我们表明，这些混合轻物质系统的精心设计，可以实现一个显着的放大的光信号与电压偏置的电子系统作为增益介质。我们还研究了整个设备的稳态电流，确定弹性和非弹性隧穿过程，其中涉及腔模式。我们的研究结果显示了如何利用量子电子学的最新进展来构建混合光物质系统，该系统表现为单原子放大器和光子源设备。图解Keldysh方法主要讨论了腔耦合双量子点架构，但它是可推广到其他混合光物质系统。
2016-04-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Electronic Transport in Electron-Phonon Gas of Two-Dimensional Holstein's Organic Molecular-Crystal: Non-equilibrium Green's Function Formalism & Boltzmann Transport Framework (A Generalized Mathematical Solution)
基于非平衡格林函数（NEGF）的完全量子力学处理，提出了二维扩展Holstein有机分子晶体的一致性电子输运框架，以及相应的基于Boltzmann输运理论的窄带电子能有机半导体晶体材料和器件的一对一半经典框架。在这个过程中，我们制定了电子自能相互作用与声学和极性光学声子模式与一个声子和两个声子的相互作用，通过费曼的图解技术来研究联合电子输运。此外，上述可以容易地扩展为基于用于现代有机器件工业的有机半导体晶体和有机聚合物的特定类别的选择的三声子和四声子相互作用。
2022-07-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nonequilibrium diagrammatic technique for Hubbard Green functions
本文介绍了Hubbard非平衡格林函数（NEGF）的图解方法。该配方是一个扩展的平衡考虑强相关的晶格模型来描述载流分子结。在该技术内系统内的相互作用被完全考虑在内，而分子耦合接触被用作微扰膨胀中的一个小参数。我们证明了可行的方法与数值模拟的通用结模型耦合到两个电子库的量子点。
2016-09-30 cond-mat.mes-hall
The Quantum Transport of Pyrene and its Silicon-Dopped Variant: A DFT-NEGF Approach
采用密度泛函理论（DFT）结合非平衡格林函数（NEGF）方法，研究了芘分子及其硅掺杂变体在半无限铝纳米链之间的量子电导性质.在0.0 ~+2.0V的偏置电压范围内，以0.1V为步长，在-3.0，0.0和+3.0V的栅电位下进行了电子输运计算。在所考虑的偏置和栅电位下的电流-偏置曲线显示了负微分电阻（NDR）区域。讨论了门极的变化对负阻特性的影响，包括负阻峰的数目、偏置范围和峰值电流的最大值，并讨论了器件作为纳米开关和多纳米开关的潜在应用。给出了透射谱、态密度（DOS）和投影态密度（PDOS），讨论了透射随DOS和PDOS变化的规律，给出了零偏压下量子电导随栅电位的变化规律。
2014-02-21 cond-mat.mes-hall
DFTB coupled with NEGF study of the structural, electronic and transport properties of goldene 2D material
University of Ostrava（俄斯特拉发大学）
采用密度泛函紧束缚（DFTB）方法与非平衡格林函数（NEGF）技术，研究了goldene二维材料的结构、电子和输运性质，发现其具有金属性和良好的弹性，且硅掺杂可诱导局部磁矩。
2026-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Effective bias and potentials in steady-state quantum transport: A NEGF reverse-engineering study
利用非平衡格林函数和多体微扰理论，我们计算了有限偏压下相互作用短链的稳态密度和电流。通过使用稳态逆向工程的程序，有效的电位和偏压，再现这样的密度和电流在一个非相互作用的系统已被确定。的作用的有效偏见的特点是与援助的所谓的交换相关的偏见，最近推出的稳态密度泛函理论制定分区系统。我们发现，有效的偏差（或等价地，交换相关偏差）强烈依赖于相互作用强度和中心（链）区域的长度。此外，它是相当敏感的多体近似的水平。我们的研究表明了有效/交换相关偏置平衡的重要性，从而为如何改进基于密度泛函理论的量子输运方法的描述提供了提示。
2016-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Molecular dynamics with quantum heat baths: results for nanoribbons and nanotubes
利用非平衡格林函数（NEGF）公式，导出了含量子池（QMD）的广义朗之万热输运方程。准经典近似NEGF的确切关系证明使用费曼图的非线性自能。对于主导序，滞后自能一致，但QMD和NEGF在较小/较大自能上不同。讨论了利用相关噪声的Cholesky分解的一般系统的实现。给出了稳定动态的一些方法。石墨条的热传导结果的应变和温度依赖性的碳纳米管。“量子校正”的方法是严格审查。
2009-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium vertex correction: disorder scattering in magnetic tunnel junctions
我们报告了一个第一性原理的形式主义和它的数值实现处理纳米电子器件的量子输运性质的原子无序。我们发展了一种非平衡顶点修正（NVC）理论，在密度矩阵水平上处理随机无序的组态平均，从而可以从原子第一性原理出发，以自洽和有效的方式计算无序对非线性和非平衡量子输运的影响。我们实现了NVC到Keldysh非平衡格林函数（NEGF）的密度泛函理论（DFT）和应用NEGF-DFT-NVC形式主义的磁性隧道结与界面粗糙无序。结果表明，无序对非线性自旋注入和隧道磁阻比有显著的影响。
2007-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Entropy and information flow in quantum systems strongly coupled to baths
将约化密度矩阵的冯·诺依曼表达式看作是与浴强耦合系统的热力学熵，利用非平衡格林函数（NEGF）技术推导出浴和能量解析的熵、熵产生和信息流的表达式。考虑是一致的动态（量子传输）的描述和表达式减少到预期的形式在弱耦合或稳态的限制情况下。仅用系统自由度表示的流动便于模拟开放非平衡量子系统的热力学特性。我们利用标准NEGF的推导在非相互作用系统，哈伯德NEGF用于相互作用系统。理论推导与通用结模型内的数值模拟说明。
2020-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Modeling of Nanoscale Devices
我们的目标是为工程师提供一个介绍非平衡格林函数（NEGF）的方法，它提供了一个强大的概念工具和实用的分析方法来处理小型电子器件量子力学和原子。我们首先回顾了传统的，半经典的运营商，已服务于设备工程师超过50年的描述的基础。然后，我们描述了为什么这种传统的方法在纳米尺度上失去了有效性。接下来，我们描述了半经典弹道输运和相位相干量子输运的Landauer-Buttiker方法。现实的装置包括打破量子力学相位并且还引起能量弛豫的相互作用。因此，纳米器件中的传输介于扩散和相位相干之间。我们介绍了非平衡格林函数（NEGF）的方法，它可以用来模拟设备的所有方式从弹道扩散限制。随后是用于模拟一大类分层结构（如纳米晶体管、碳纳米管和纳米线）的方程的总结。讨论了NEGF方法在硅纳米晶体管的弹道和散射极限中的应用。
2007-02-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
First-principles nonequilibrium Green's function approach to transient photoabsorption: Application to atoms
提出了一种计算光学薄样品瞬态光吸收谱的第一性原理非平衡格林函数方法。该方法可以处理任意强度、频率和持续时间的抽运场，也可以处理抽运脉冲和探测脉冲重叠和不重叠的情况。电子-电子排斥占的相关自能，并由此产生的数值方案处理矩阵的规模与系统大小的平方。最近的两个实验，第一个氦和第二个氪，解决。对于第一个实验，我们解释了随着泵浦-探测延迟$\t$的增加，Autler-Townes吸收峰的弯曲，并将弯曲与气体的厚度和密度联系起来。对于第二个实验，我们发现，相当大的光谱结构的泵产生的混合物的氪离子的指纹{ \em动力学相关}的影响，因此，它们不能被再现的时间局部自能近似。值得注意的是，NEGF方法还捕获了Kr $^{2+}$相对于Kr $^{1+}$的吸收开始延迟，作为$\t$的函数。
2015-09-25 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Non Equilibrium Green's Function Analysis of Double Gate SiGe and GaAs Tunnel FETs
在最近的过去，广泛的器件模拟工作已经做了TFFETs。已经提出了各种方法来对TFR 0 M进行建模。在我们的论文中，我们着眼于这样一个特定的方式来模拟这些设备。非平衡格林公式在模拟纳米尺度器件中是有效的。我们完整的SiGe和GaAs隧道场效应晶体管模型首次使用NEGF形式主义，也考虑到声学声子散射。根据I-V曲线、Ion-Ioff比、阈下斜率等对它们进行了分析。通过给出势分布，求解了泊松方程和平衡态统计力学方程。
2011-05-26 cond-mat.mes-hall
A many-body approach to transport in quantum systems: From the transient regime to the stationary state
我们回顾了一个最通用的理论方法研究的时间相关的量子输运在纳米系统：非平衡格林函数（NEGF）形式主义。在这种形式主义中，人们可以在同样的基础上处理粒子间的相互作用、外部驱动和/或扰动，以及与具有（分段）连续自由度集的浴的耦合。在对量子系统中的输运理论进行了历史回顾之后，我们介绍了量子输运的NEGF方法的现代介绍。我们讨论了包含粒子间的相互作用，使用图解技术，并使用所谓的嵌入和嵌入技术，考虑到非微扰浴耦合。在各种限制，如非相互作用的限制和稳态的限制，然后，我们展示了如何优雅的NEGF形式主义减少到众所周知的量子输运公式的特殊情况。然后，我们讨论一般的非平衡运输，粒子和能量流。在依赖于时间的驱动下-包括泵浦探测场景以及驱动量子系统-我们讨论了瞬态以及渐近行为，以及如何使用NEGF来推断出平衡系统的信息。作为说明性的例子，我们认为模型系统一般足以铺平道路，现实的系统。这些例子包括一维和二维电子系统、具有电子-声子耦合的系统、拓扑超导体以及与电子-光子耦合相关的光学响应分子结。
2022-04-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.chem-ph
Optimizing the interfacial thermal conductance at gold-alkane junctions from 'First Principles'
我们从理论上探讨了端基化学（键刚度和质量）的影响，在金-烷烃界面的界面热导。我们使用非平衡格林函数（NEGF）与密度泛函理论（DFT）中的第一性原理参数在谐波近似下耦合来实现这一点。我们的研究结果表明，界面热导率是不是一个单调的函数的化学参数，而是最大化的质量和结合强度的最佳设置。这个最大值是器件的局部态密度的重叠和接触中的重叠以及声子群速度之间的相互作用的结果。我们还证明了扩散失配模型（DMM）与NEGF性质之间的内在联系，并提供了一种从第一性原理NEGF得到DMM的方法。通过比较基于NEGF的DMM电导和电导范围，同时改变质量和键合强度，我们表明，DMM提供了一个上限在这个尺寸失配系统的弹性输运。因此，我们有一个处方，以提高系统的热导率在低温下或在低尺寸的非弹性散射被大大抑制。
2016-12-14 cond-mat.mes-hall
Introduction of Multi-particle Büttiker Probes -- Bridging the Gap between Drift Diffusion and Quantum Transport
最先进的工业半导体器件建模基于高效的漂移扩散（DD）模型，该模型包括纳米器件的一些量子校正。相比之下，最新的量子输运模型是基于非平衡格林函数（NEGF）方法，该方法一致地涵盖了所有相干和非相干量子效应。当在NEGF内解决时，光电纳米器件中的载流子复合和产生代表了巨大的数值挑战。在这项工作中，数值上有效的Büttiker探针模型扩展到包括电子空穴复合和产生的NEGF框架。新的多粒子Büttiker探针方法对最先进的量子校正DD模型的基准显示定量协议，除了在明显的隧道效应和干扰效应的情况下。
2020-01-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Nonequilibrium properties of strongly correlated artificial atoms - a Green's functions approach
提出了一种非平衡格林函数（NEGF）方法，用于计算空间非均匀、强关联的人工原子在有限温度下从（关联）初始少电子态出发的含时性质.在中强耦合区，我们考虑了在偶极近似下，短脉冲经典激光场激发的抛物约束三电子系统的Kohn模。特别是，我们在数值上证实了这种模式在守恒（例如Hartree-Fock或第二Born）理论中得到了保留。
2008-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el
Quantum calculations of the carrier mobility in thin films: Methodology, Matthiessen's rule and comparison with semi-classical approaches
本文在量子非平衡格林函数（NEGF）框架下讨论了硅薄膜中载流子迁移率的计算。我们介绍了一种新的方法，用于提取的载流子迁移率，是免费的接触电阻污染，并提供了准确的迁移率在一个合理的成本，与最小的需要合奏平均。然后，我们介绍了一个新的范例与一个给定的弹性散射机制“M”的部分迁移率$μ_{M}$的定义，声子（PH）作为参考（$μ_{M}^{-1}=μ_{PH+M}^{-1}-μ_{PH}^{-1}$）。我们认为，这个定义在量子输运框架中更有意义，因为它不受纯弹道计算中可能出现的长距离干涉效应的影响。事实上，这些迁移率满足Matthiessen规则的三种机制[表面粗糙度（SR），远程库仑散射（RCS）和声子]比通常的，单一的机制计算好得多。我们还讨论了RCS无序中的长程空间相关性所带来的问题。最后，我们比较了半经典Kubo-Greenwood（KG）和量子NEGF计算。我们表明，KG和NEGF是在合理的协议声子和RCS，但不是SR。我们指出可能存在的不足之处，在KG SR散射的治疗，开辟了进一步改进的道路。
2013-10-07 cond-mat.mes-hall
Multi-space excitation as an alternative to the Landauer picture for non-equilibrium quantum transport
虽然Landauer的观点构成了理解纳米尺度电子输运和实现非平衡格林函数（NEGF）形式主义的第一性原理实现的现代基础，但寻求另一种图像可能有利于量子输运过程的基本理解和实际计算。在此基础上，引入微正则图像，将有限偏压量子输运过程映射到漏源或多电极光激发，发展了多空间约束搜索密度泛函理论（MS-DFT）第一性原理电子结构和量子输运计算方法.进行MS-DFT计算的苯二硫醇单分子结，它表明，MS-DFT和标准的DFT-NEGF计算产生实际上等效的电子和传输数据。重要的是，“非平衡态总能量”在MS-DFT的变分收敛证明，这应该有重要的影响，在纳米器件的operando研究。建立一个可行的替代Landauer的观点，发达国家的形式主义应该提供有价值的原子信息，在下一代纳米器件的发展。
2020-06-06 cond-mat.mes-hall
Ab initio Self-consistent GW Calculations in Non-Equilibrium Devices: Auger Recombination and Electron-Electron Scattering
本文提出基于NEGF和自洽GW近似的第一性原理方法，模拟一维单壁碳纳米管中的载流子相互作用，成功预测俄歇复合、热载流子弛豫和碰撞电离，并推断了不同器件构型下的电子-空穴对寿命。
2023-07-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Role of Phonon Scattering in Graphene Nanoribbon Transistors: Non-Equilibrium Green's Function Method with Real Space Approach
为了提高计算效率，模式空间方法在NEGF中被用来处理声子散射。在这里，我们在真实空间中进行更严格的量子输运模拟，以考虑带间散射。我们展示了通过改变沟道长度在石墨烯纳米晶体管中从弹道到耗散输运的无缝过渡。我们发现声学声子（AP）散射是占主导地位的散射机制内的相关范围内的电压偏置。光学声子散射仅在施加大的栅极电压时才是显著的。在一个较长的通道设备，AP散射的直流电流的贡献变得更加显着。
2011-04-08 cond-mat.mes-hall
Antidamping spin-orbit torque driven by spin-flip reflection mechanism on the surface of a topological insulator: A time-dependent nonequilibrium Green function approach
最近的实验观察自旋轨道力矩（SOT）作用于三维拓扑绝缘体（TI）表面的铁磁（F）覆盖层的磁化$\vec{m}$的启发，我们调查的SOT的起源和磁化动力学在这样的系统。我们预测，有限长度的横向F/TI双层，夹在两个正常的金属引线之间，将产生一个大的抗阻尼类SOT每非常低的电荷电流注入平行的接口。抗阻尼类SOT的大值是{ \it空间局部化}在F覆盖层的横向边缘周围。我们的分析是基于绝热膨胀（一阶$\partial \vec{m}/\partial t$）的时间依赖的非平衡格林函数（NEGFs），描述电子推出平衡的施加偏压和缓慢变化的经典自由度[如$\vec{m}(t)$ ]。从中我们得到了自旋力矩和电荷泵的计算公式，这表明它们是相互作用的，以及在SO耦合存在下的吉尔伯特阻尼。基于NEGF的SOT公式自然分为四个分量，由它们在时间和偏置电压反转下的行为（偶数或奇数）决定。它们复杂的角度依赖性被描绘和采用的磁化动力学的Landau-Lifshitz-Gilbert模拟，以证明预测的SOT的能力，有效地切换$\vec{m}$的垂直磁化F覆盖层。
2016-01-24 cond-mat.mes-hall
Liouvillian exceptional points of an open driven two-level system
本文研究刘维尔例外点方法在纳米开放量子系统中的适用性，通过非平衡格林函数与量子主方程分析驱动二能级系统，指出非马尔可夫演化使例外点概念不适用于描述其动力学。
2024-01-08 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Quantum Transport with Spin Dephasing: A Nonequilibrium Green's Function Approach
在自洽玻恩近似下，利用非平衡格林函数（NEGF）形式，提出了一个包含自旋散射过程的量子输运模型。该模型通过同时考虑自旋翻转散射和量子效应，提供了一种统一的方法。该模型的数值实现说明了嵌入磁性杂质层的磁性隧道结器件。结果与实验数据进行了比较，揭示了相干和非相干传输制度的基本物理。结果表明，磁性杂质自旋态/浓度的小的变化可能会导致结磁阻的大的偏差。
2007-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Atomistic Non-equilibrium Green s Function Simulations of Graphene Nano-Ribbons in the Quantum Hall Regime
采用基于非平衡格林函数（NEGF）的量子输运模型，研究了石墨烯纳米带（GNR）中的量子霍尔效应.基于pz轨道的最近邻紧束缚模型构造了器件的哈密顿量。考虑了不同边缘几何形状（锯齿形和扶手椅形）的GNR。通过Peierls置换，磁场被包括在通道和接触两者中。用于计算表面格林函数的有效算法被用来节省计算时间，同时模拟逼真的大尺寸相比，在实验中使用的。霍尔电阻计算精确地再现了实验中观察到的量子霍尔平台。为了在实验相关的10- 20 T内的磁场中捕获量子霍尔效应，在模拟中使用大尺寸是至关重要的。
2008-01-08 cond-mat.mes-hall
Büttiker probes and the Recursive Green's Function; an efficient approach to include dissipation in general configurations
本文介绍了一种在电子系统的非平衡格林函数（NEGF）模拟中考虑耗散效应的有效而紧凑的方法。该算法是基于两个众所周知的方法在文献中，首先是所谓的递归格林函数（RGF），其次是Büttiker探针。精确评估的雅可比矩阵的数值方法，提出了一个直接扩展到RGF，它可以模块化地包括在任何代码库，目前使用它。然后，使用物理观测和数值方法，Büttiker探针雅可比矩阵的计算时间显着改善。Büttiker探针中现有声子模型的改进，然后在n-i-n和p-i-n操作中的全原子石墨烯纳米粒子场效应晶体管的模拟中得到证明。
2017-12-20 cond-mat.mes-hall
A Predictive Analytic Model for High-Performance Tunneling-Field Effect Transistors Approaching Non-Equilibrium Green's Function Simulations
提出了一种新的紧凑的建模方法，它描述了全电流-电压（I-V）特性的高性能（积极按比例缩小）隧穿场效应晶体管（TFTs）基于同质结直接带隙半导体。该模型基于两个关键特征的解析描述，其捕获了与TFTs相关的主要物理现象：1）从源到沟道的电势分布，以及2）带隙区域中的复杂带的椭圆曲率。本文提出用源和沟道的一维泊松方程来描述同质结薄膜晶体管中的电势分布。这允许量化源极/漏极掺杂对器件性能的影响，这是TFET建模中通常忽略但在超大规模器件中高度相关的方面。紧凑的模型进行了验证，通过比较与国家的最先进的量子输运模拟使用的3D全带原子的方法的基础上的非平衡格林函数（NEGF）。它示出，该模型再现具有良好的精度，从模拟中获得的数据在所有区域的操作：开/关状态和n/p分支的传导。这种方法允许计算TFFET中的能量依赖性带间隧穿电流，这是一个允许深入了解底层器件物理的功能。该方法的简单性和准确性提供了一个强大的工具，以定量的方式探索各种各样的参数（材料，尺寸和/或几何形状相关）如何影响TFET的性能在任何偏置条件下。因此，所提出的模型提出了一个实际的补充计算昂贵的模拟，如三维NEGF的方法。
2015-10-30 cond-mat.mes-hall
Generalization and applicability of the Landauer formula for non-equilibrium current in the presence of interactions
使用非平衡格林函数（NEGF），我们计算通过连接到非相互作用的引线的相互作用区域的电流。这个问题被重新表述在这样一种方式，一个兰道尔一样的长期出现在当前以及额外的条款对应于非平衡多体效应。在中心区域的相互作用不仅重新归一化的格林函数，但也在中心区域和引线之间的接触处的耦合，允许总电流被进一步表示为一个广义的Landauer电流公式。给出了使接触重正化的动力泛函的一般表达式。我们详细分析了在什么情况下，Landauer的方法，即没有接触重整化，是有效的相互作用的电子-电子和/或电子-声子系统的电流。数值NEGF计算，然后进行模型的电子-声子耦合系统，以验证我们的分析方法。我们发现，非共振输运制度的电导是充分描述的Landauer的方法在小偏压的限制，而共振制度的Landauer的方法的结果偏离精确的结果，即使在小的有限偏压。本文还详细研究了将类Landauer方法应用于非弹性电子隧穿谱的有效性。
2010-07-07 cond-mat.mes-hall
An intrinsic mobility ceiling of Si bulk
本文采用密度泛函理论-非平衡格林函数方法（DFT-NEGFF）计算了体硅沿不同晶向的电导。我们发现了体硅的本征迁移率的上限值为$8.4\cdot10^6 cm^2/V\cdot s$。我们认为这一结果与$<001>$方向的最低有效质量有关。
2011-09-06 cond-mat.mes-hall
