ATK: 納米材料與器件模擬平臺
Atomistix ToolKit（ATK） 是由丹麥QuantumWise A/S公司在SIESTA電子結構計算程序包的基礎上，根據現代軟件工程原理開發出來的第一個商用的能夠模擬電子輸運性質的大型計算軟件。ATK集成了密度泛函、半經驗、經典力場等計算方法，可以用來進行多尺度的分子體系、周期體系和電極器件的高精度計算。通過NanoLanguage語言結合了高性能科學計算算法和面向對象的高級語言Python強大的可擴展性。ATK附帶的VNL圖形界面能夠生成各種高質量的三維結構和數據圖，使您的報告和文章更加引人入勝。
自2006年發布以來，超過150個領先大學、國家實驗室、電子公司的研究組使用ATK進行納米電子學及相關領域的研究，發表超過600余篇學術論文。ATK不僅廣泛用于納米材料與器件的計算機模擬科學研究工作中，同時也是一款可以用于教學課程的有力工具，可以用于量子力學的本科生教育和納米電子學的研究生教育等課程的教學。
VNL -- 圖形界面
ATK提供了界面友好、操作簡單的圖形界面 Virtual NanoLab（VNL），使用者可以根據自己的需要搭建各種三維模型，設置計算參數，管理計算任務和可視化計算結果。除標準建模工具外，自定義建模工具可預制多種模型結構，如納米線、石墨烯、分子結等。提供豐富的結構數據庫，包含元素周期表中全部元素的原子結構數據，常見小分子結構，和包含最大到上百個原子的各種對稱性的富勒烯結構。VNL支持多種第三方數據格式的導入和導出，以及其豐富方便的插件功能使得您能充分體驗ATK的強大的可擴展性。
ATK-DFT實現了贗勢和原子軌道線性組合（LCAO）相結合的第一性原理密度泛函電子結構計算方法。SIESTA型數值原子軌道基組能夠更方便地控制基組參數。
內置了全部元素的贗勢數據。高品質的模守恒（Troullier-Martins型） Hartwigsen-Goedecker-Hutter（HGH） 贗勢涵蓋了元素周期表中全部的元素，以及大多數元素的半芯勢。實現了密度泛函理論中多種局域密度近似（LDA）和廣義梯度近似（GGA）的交換關聯函數。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極化和非極化計算。實現了meta-GGA：TB09，可以準確、快速地計算半導體、絕緣體材料的帶隙。同時支持Hubbard+U模型：LSDA+U, SGGA+U，更好地處理強關聯體系，如磁性體系。
SE -- 半經驗計算
ATK-SE將半經驗計算和非平衡態輸運理論結合，保證計算精度的同時計算速度更快，為納米尺度器件的模擬樹立了一個新標準。ATK-SE通過對哈密頓量的參數化進行更接近實驗尺度裝置的模擬，并通過引入自旋分裂項自動考慮電子自旋。
DFTB模型。包含了30余組DFTB參數，如互斥的對勢可用于力和應力的計算。 更多參數可從dftb.org免費下載，并能直接添加到ATK中。同時支持用戶自定義Slater-Koster參數，內置了多種sp3和sp3d5s*電子軌道的IV和III-V族等化合物模型參數，例如考慮最近鄰作用的石墨烯，sp3d5s*作用的III-V族納米線等。
擴展 Huckel方法。實現了元素周期表中所有元素的超過300余種預設基組，包含 Muller和Hoffmann基組，以及Cerda參數（二元化合物，半導體，金屬）。
電子輸運性質
采用非平衡格林函數方法并結合復平面積分手段計算納米器件在外置偏壓下的電子輸運性質。全面系統地分析透射譜性質，包括電子透射系數- 透射本征值和本征通道、實空間透射路徑分析、電流-電壓特性、微分電導、電流密度、自旋極化輸運等。對器件區電子態分析，計算實空間局域態密度（LDOS）、器件區電壓降、分子投影哈密頓量分析（MPSH）、器件區投影態密度（PDOS）等。能夠給出復能帶結構，并能實現高級靜電勢模型分析，引入多個方形電極模擬晶體管、場效應管。基于Ghost atoms技術模擬電子在真空中遠程離域作用，如模擬STM隧道電流。
電子態結構
基于密度泛函理論的贗勢法和原子軌道線性組合方法（DFT），贗勢法和平面波基組的密度泛函方法（Socorro）和半經驗計算方法（SE），實現高精度的電子結構計算。計算分子能譜、晶體能帶結構、態密度、投影態密度分析、電子密度、差分電子密度、電子靜電點位差、電子局域函數（ELF）、應力張量、功函數等。
在此精確的電子態結構的基礎上結合Kubo-Greenwood公式，計算塊體材料的線性光學性質，如復介電函數、吸收譜、折射系數、極化率等。
動力學模擬
基于準牛頓方法優化和馳豫原子位置，可以固定其中部分原子，并實現在外置偏壓情況下的幾何結構優化。
常規分子動力學模擬，支持Velocity Verlet 算法和NVT（Berendsen）系綜。ATK-Classical模塊提供經典力場分子動力學模擬，支持EMT勢和Brenner勢，可用于處理碳、碳氫化合物、硅、鍺原子，能夠快速地優化更大規模、更復雜的石墨烯、硅納米線、有缺陷碳納米管等體系。
過渡態搜索，采用Nudged elastic bands (NEB)方法研究化學反應過渡態、反應路徑、活性能，支持CI-NEB方法。改進Halgren-Lipscomb方法預優化NEB路徑，離子優化步數減少50%！
成功案例