TranSIESTA Transport Tutorial

이 사이트는 SIESTA / TranSIESTA / TBtrans로 나노 스케일 양자 수송을 계산하고, VASP으로 구조 최적화와 기준 전자구조를 구하는 실습형 튜토리얼이다. VASP 자체의 NEGF 수송 계산을 다루지는 않는다. 모든 챕터는 이론 → 입력 파일 해설 → 실행 → 출력 분석 → 연습문제 순서로 구성된다.

무엇을 배우나

• Landauer–Büttiker 그림과 NEGF(비평형 그린 함수) 형식론의 실전 감각
• SIESTA로 SCF·밴드·DOS 계산, VASP으로 구조 최적화와 reference 전자구조
• TranSIESTA 전극(electrode) → device 0 V → finite bias 체인의 전체 워크플로우
• TBtrans로 transmission $T(E)$, DOS/PDOS 추출과 sisl 후처리
• Landauer 적분으로 I–V 곡선 계산 (대칭 bias window의 중요성)
• Eigenchannel 분해와 시각화, DFT 준위 오차 보정(level alignment)

왜 SIESTA + VASP인가

코드	역할
SIESTA	국소 궤도(LCAO) 기반 DFT — 전극/디바이스의 Hamiltonian 생성
TranSIESTA	NEGF self-consistent 계산 — 열린 경계조건, finite bias
TBtrans	후처리 transport — $T(E)$, DOS, eigenchannel
VASP	plane-wave DFT — 구조 최적화, hybrid functional reference

NEGF transport는 국소 궤도 기저가 필수라 SIESTA 계열이 담당하고, VASP은 구조와 준위의 기준점(reference) 을 제공하는 역할로 분담한다. 두 코드를 오가며 서로 검증하는 것이 이 튜토리얼의 관점이다.

진행 순서

1. Setup — 코드 설치 (SIESTA/TranSIESTA/TBtrans, sisl, VASP)
2. Fundamentals — Linux/터미널 기초, DFT 이론(Kohn–Sham, Bloch 정리와 기저, BZ 샘플링), SIESTA·VASP 코드 소개
3. Tutorial 00–04 — 수송 이론 기초, SIESTA/VASP 기본기
4. Tutorial 05–09 — TranSIESTA/TBtrans transport 워크플로우
5. Tutorial 10–12 — eigenchannel, level alignment, HPC 병렬화
6. Advanced — scattering region 수렴, $\eta$ broadening, 주의 사항
7. Beyond 1D — 금속(Au) 전극 분자 접합, 벌크·계면 transport, IP/EA 계산(ΔSCF)
8. Mini-project — polyyne–cumulene 접합 end-to-end 계산

필요 사전 지식

• 고체물리 기초 (밴드 구조, Fermi 준위, Bloch 정리)
• DFT 개념 (교환-상관 범함수, pseudopotential, k-point 샘플링)
• Linux 셸과 Python 기초

노트

이 튜토리얼의 입력 관례와 검증 절차는 실제 1D chain 및 분자 접합 계산 경험을 바탕으로 정리했다. 예제 시스템은 교육용 단순 모델이므로, 연구 결과로 사용하려면 구조·스핀·k-point·에너지 격자 수렴을 각 시스템에서 별도로 검증해야 한다.