ATK: 纳米材料与器件模拟平台
Atomistix ToolKit（ATK） 是由丹麦QuantumWise A/S公司在SIESTA电子结构计算程序包的基础上，根据现代软件工程原理开发出来的第一个商用的能够模拟电子输运性质的大型计算软件。ATK集成了密度泛函、半经验、经典力场等计算方法，可以用来进行多尺度的分子体系、周期体系和电极器件的高精度计算。通过NanoLanguage语言结合了高性能科学计算算法和面向对象的高级语言Python强大的可扩展性。ATK附带的VNL图形界面能够生成各种高质量的三维结构和数据图，使您的报告和文章更加引人入胜。
自2006年发布以来，超过150个领先大学、国家实验室、电子公司的研究组使用ATK进行纳米电子学及相关领域的研究，发表超过600余篇学术论文。ATK不仅广泛用于纳米材料与器件的计算机模拟科学研究工作中，同时也是一款可以用于教学课程的有力工具，可以用于量子力学的本科生教育和纳米电子学的研究生教育等课程的教学。
VNL -- 图形界面
ATK提供了界面友好、操作简单的图形界面 Virtual NanoLab（VNL），使用者可以根据自己的需要搭建各种三维模型，设置计算参数，管理计算任务和可视化计算结果。除标准建模工具外，自定义建模工具可预制多种模型结构，如纳米线、石墨烯、分子结等。提供丰富的结构数据库，包含元素周期表中全部元素的原子结构数据，常见小分子结构，和包含最大到上百个原子的各种对称性的富勒烯结构。VNL支持多种第三方数据格式的导入和导出，以及其丰富方便的插件功能使得您能充分体验ATK的强大的可扩展性。
ATK-DFT实现了赝势和原子轨道线性组合（LCAO）相结合的第一性原理密度泛函电子结构计算方法。SIESTA型数值原子轨道基组能够更方便地控制基组参数。
内置了全部元素的赝势数据。高品质的模守恒（Troullier-Martins型） Hartwigsen-Goedecker-Hutter（HGH） 赝势涵盖了元素周期表中全部的元素，以及大多数元素的半芯势。实现了密度泛函理论中多种局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的交换关联函数。其中LDA包含HL, PW, PZ, RPA, WIGNER, XA泛函，GGA包含BLYP, BP86, BPW91, PBE, PBES, PW91, RPBE, XLYP泛函。所有泛函都支持自旋极化和非极化计算。实现了meta-GGA：TB09，可以准确、快速地计算半导体、绝缘体材料的带隙。同时支持Hubbard+U模型：LSDA+U, SGGA+U，更好地处理强关联体系，如磁性体系。
SE -- 半经验计算
ATK-SE将半经验计算和非平衡态输运理论结合，保证计算精度的同时计算速度更快，为纳米尺度器件的模拟树立了一个新标准。ATK-SE通过对哈密顿量的参数化进行更接近实验尺度装置的模拟，并通过引入自旋分裂项自动考虑电子自旋。
DFTB模型。包含了30余组DFTB参数，如互斥的对势可用于力和应力的计算。 更多参数可从dftb.org免费下载，并能直接添加到ATK中。同时支持用户自定义Slater-Koster参数，内置了多种sp3和sp3d5s*电子轨道的IV和III-V族等化合物模型参数，例如考虑最近邻作用的石墨烯，sp3d5s*作用的III-V族纳米线等。
扩展 Huckel方法。实现了元素周期表中所有元素的超过300余种预设基组，包含 Muller和Hoffmann基组，以及Cerda参数（二元化合物，半导体，金属）。
电子输运性质
采用非平衡格林函数方法并结合复平面积分手段计算纳米器件在外置偏压下的电子输运性质。全面系统地分析透射谱性质，包括电子透射系数- 透射本征值和本征通道、实空间透射路径分析、电流-电压特性、微分电导、电流密度、自旋极化输运等。对器件区电子态分析，计算实空间局域态密度（LDOS）、器件区电压降、分子投影哈密顿量分析（MPSH）、器件区投影态密度（PDOS）等。能够给出复能带结构，并能实现高级静电势模型分析，引入多个方形电极模拟晶体管、场效应管。基于Ghost atoms技术模拟电子在真空中远程离域作用，如模拟STM隧道电流。
电子态结构
基于密度泛函理论的赝势法和原子轨道线性组合方法（DFT），赝势法和平面波基组的密度泛函方法（Socorro）和半经验计算方法（SE），实现高精度的电子结构计算。计算分子能谱、晶体能带结构、态密度、投影态密度分析、电子密度、差分电子密度、电子静电点位差、电子局域函数（ELF）、应力张量、功函数等。
在此精确的电子态结构的基础上结合Kubo-Greenwood公式，计算块体材料的线性光学性质，如复介电函数、吸收谱、折射系数、极化率等。
动力学模拟
基于准牛顿方法优化和驰豫原子位置，可以固定其中部分原子，并实现在外置偏压情况下的几何结构优化。
常规分子动力学模拟，支持Velocity Verlet 算法和NVT（Berendsen）系综。ATK-Classical模块提供经典力场分子动力学模拟，支持EMT势和Brenner势，可用于处理碳、碳氢化合物、硅、锗原子，能够快速地优化更大规模、更复杂的石墨烯、硅纳米线、有缺陷碳纳米管等体系。
过渡态搜索，采用Nudged elastic bands (NEB)方法研究化学反应过渡态、反应路径、活性能，支持CI-NEB方法。改进Halgren-Lipscomb方法预优化NEB路径，离子优化步数减少50%！
成功案例