SnO_2(110)弛豫表面构型与电子结构的第一性原理研究

采用基于第一性原理的密度泛函方法对SnO2(110)表面的构型和电子结构进行了系统研究.结果表明,与理想表面相比,表面弛豫导致表层五配位Sn原子向体相方向位移,六配位Sn原子以及表面氧原子往真空方向移动,而桥氧原子位置基本保持不变.当表面厚度小于3nm时,表面能和表层原子的弛豫大小随着层数的增加出现振荡现象.由能带计算结果得知,以桥氧的2py/2pz轨道为主要成分的能带出现在体相的带隙中.进一步考察了弛豫对表面电子结构的影响.

Si(001)面弛豫表面构型与电子结构的第一性原理

采用基于第一性原理的密度泛函方法对Si(001)表面进行理论研究,通过几何优化得到Si(001)表面的稳定结构。在结构优化的基础上,针对该表面研究表面能和原子弛豫与模型中原子层数和真空层厚度的关系。研究结果表明:模型中原子层数和真空层厚度对表面的表面能和原子构型有较大影响。当原子层数为8层,真空层厚度为1 nm时,表面能与原子弛豫程度趋于稳定;与理想晶格相比,表面弛豫导致表面层的电子结构和键合特性发生很大变化。弛豫后,体系能量降为最低,结构趋于更加稳定。

CdTe(110)弛豫表面电子态的计算

利用形式散射理论，采用次近邻的紧束缚模型计算了ＣｄＴｅ（１１０）弛豫表面的电子结构，给出了总体、局域及分波态密度，并给出了表面能带．所得到的结果与实验和第一原理计算结果符合得很好．通过分析表面态的变化，指出表面发生弛豫的原因主要是阴阳离子的ｐ态电子的相互作用加强所致．

弛豫InAs(110)表面的电子结构理论研究

采用最近邻的紧束缚的ｓｐ３ｓ模型，利用形式散射理论的格林函数方法，计算了ＩｎＡｓ（１１０）弛豫表面的电子结构，给出了表面投影能带和Ｍ点的层态密度，分析了产生表面态的原因和轨道特性以及驰豫引起表面态的变化，所得结论与实验和其他理论结果相符合．

饱和水岩石核磁共振表面弛豫温度特性

温度是影响岩石孔隙流体核磁共振弛豫的因素之一。选取一组饱和水的人造碳化硅、人造碳酸钙、储层贝瑞砂岩以及碳酸盐岩样品进行核磁共振实验(温度25～90℃),考察温度对弛豫速率的影响。结果表明,对于饱和水的砂岩和碳酸盐岩,温度对岩石核磁共振表面弛豫的影响不同。饱和水的人造碳化硅和储层贝瑞砂岩的核磁共振弛豫速率随温度升高而增大;饱和水的人造碳酸钙和储层碳酸盐岩的弛豫速率随温度升高而减小。因此,在利用室温下得到的实验测量结果对储层温度下的核磁共振测井数据进行刻度时,应考虑温度的影响。

α-Al_2O_3(0001)表面弛豫及其对表面电子态的影响

在周期边界条件下的κ空间中 ,采用基于密度泛函理论的局域密度近似平面波超软赝势法 ,对最外表面终止层为单层Al的α Al2 O3 超晶胞 (2× 2 ) (0 0 0 1)表面结构进行了弛豫与电子结构计算研究 .结果表明 ,最外表面Al-O层有较大的弛豫 ,明显地影响了表面原子与电子结构 ,布居分析表明表面电子有更大的几率被定域在O原子的周围 ,表现出O的表面态 .进一步分析了表面弛豫前后表面电子密度、态密度变化 ,表面能级分裂主要来自于O的 2 p轨道电子态变化 .通过对比弛豫前后的表面电子局域函数 (ELF)图 ,分析了表面成键特性 .

具有表面弛豫的液体自扩散的Monte Carlo模拟

研究多孔介质中液体的自扩散行为能获得介质的微观结构信息,有助于了解介质中液体的传输性质.以具有不同孔隙大小的无限长圆柱体模型中的液体为对象,采用Monte Carlo随机行走方法,模拟存在表面弛豫时液体的自扩散系数和核自旋磁化强度随时间的变化,导出将NMR弛豫参数和随机行走参数联系在一起的表达式.结果表明:在快扩散区,液体的核自旋磁化强度随弛豫时间呈单指数衰减,且自扩散系数在短时情况下独立于表面弛豫率;在慢扩散区,液体的核自旋磁化强度衰减和自扩散系数在短时情况下均与表面弛豫率无关.模拟结果与理论分析相吻合,可用于求解介质的表面积与体积之比及孔径大小等结构信息.

页岩核磁共振横向弛豫时间与孔径分布量化关系及应用

核磁共振横向弛豫时间(T2)常用于表征页岩的全孔径分布特征。为确定T2谱与页岩孔径的量化关系,选取济阳坳陷沙河街组7块页岩样品进行低温氮吸附、核磁共振实验。利用T2几何平均值和孔隙比表面积、孔隙体积之间的关系式,获得T2谱计算孔径分布的关键参数——表面弛豫率。7块页岩样品的表面弛豫率为1.52~3.06 nm/ms,平均值为2.53 nm/ms。由表面弛豫率计算的孔径分布结果与低温氮吸附的NLDFT模型计算结果相似度高,证实了页岩表面弛豫率确定方法和取值的合理性。利用上述方法确定了济阳坳陷典型页岩薄层的孔径分布,结合储层物性和地球化学分析结果,认为页岩中泥质薄层主要起到生-储作用,而纤维状方解石薄层、粉晶方解石薄层和长英质薄层则可以作为储-渗通道。在研究页岩油微观富集、流动机制及评价页岩油“甜点”时,需细化分析不同薄层的孔径分布特征及其生-储-渗作用。

一种基于数字岩心表面弛豫率确定的新方法

在三维数字岩心的基础上,利用随机游走方法模拟了岩石的核磁共振响应,探索了最大值法、峰值法、叠加法三种确定岩心表面弛豫率的思路。通过实验测得的核磁共振T2谱转换为伪毛管压力曲线与岩心恒速压汞曲线进行刻度以及模拟高孔、高渗砂岩样品的核磁共振响应相结合的办法来确定岩心的表面弛豫率,进而对上述三种方法的可靠性进行验证。最终提出了最大值法确定岩心表面弛豫率的新方法,为准确求取岩石孔隙半径分布打下了坚实的基础。

IrO_2(110)表面弛豫行为与电子结构的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法对IrO_2(110)表面几何和电子结构进行了计算。结果表明,弛豫后,表层的五配位Ir原子和二配位的氧原子(桥氧)相对于理想表面向体相方向移动,而六配位的Ir原子和三配位的O原子向真空方向弛豫。表面原子弛豫不仅导致表层结构的变化,而且使表层的电子结构发生变化。从表面态密度分布可知,对表面电子结构造成主要影响的是最外三层原子。同时,由构型的(010)平面的电荷密度分布可知相邻层间存在着强烈的Ir-O共价键作用;由于电荷在真空层的消耗和在第一、二原子层间的积累,导致最外原子层间距的减小,相应的Ir-O化学键得到增强。计算得到该IrO_2(110)面的表面能大小为1.434 J·m^(-2)。

金属Pt三个低指数晶面的表面能和弛豫第一性原理研究

采用基于密度泛函理论第一性原理从头计算(vienna ab-initio simulation package,VASP)软件包,优化了金属铂(Pt)的晶格常数a0,计算了Pt的3个低指数晶面(100)、(110)及(111)表面能和多层弛豫.结果表明,晶面弛豫前后表面能的相对大小均满足E(111)<E(100)<E(110).表面弛豫主要发生在第一、二层,3个晶面弛豫量相对大小为|Δd(111)|<|Δd(100)|<|Δd(110)|,弛豫量随表面层数增加而振荡减小.(100)和(110)表面最外层向内收缩,(111)表面最外层向外膨胀.此外,从弛豫前后的电子态密度变化的较深层次对弛豫结果进行了分析.

基于T_(2)截止值确定致密岩心表面弛豫率

确定致密岩心样品表面弛豫率的最常用方法是平均值法和比表面积法,但平均值法结合了压汞测试,会对岩心造成永久伤害。提出了一种基于T_(2)截止值确定致密岩心表面弛豫率的无损新方法。首先,使用该方法确定岩心样品表面弛豫率;之后,将计算结果与平均值法和比表面积法进行对比,并通过选择合适的表面弛豫率将核磁共振T_(2)谱转化为孔隙直径分布;最后,获取样品残余油分布。结果表明,四块岩心样品最终表面弛豫率分别为5.85,2.98,4.66,2.17μm/s;结合三种方法计算结果可获取中孔和大孔的孔隙直径分布;残余油主要分布在微孔和中孔。该方法是一种无损测试方法,有助于快速有效确定致密岩心表面弛豫率。

Na(110)和Na_2O(111)表面弛豫的研究

研究Na(110)和Na_2O(111)表面的原子结构是表面科学基础理论工作之一,它在光电,光声和频标器件以及超晶格,微结构和纳米等实用技术方面都具有重要意义。 Andersson等在Ni衬底的(100)表面上沉积金属Na,得到了体心立方(bcc)结构,并观测其(110)表面的LEED谱。然后将Na氧化得反荧石型的晶相,并观测其(111)表面的LEED谱。我们采用低能电子衍射的能带近似法,分别计算了Na(110)表面的(00),(10)和(01)束以及Na_2(111)表面的(00),(10)和(11)束的LEED谱,经理论计算与观测值的比较,得到的Na(110)表面原子层间距d=2.91±0.01(收缩3.4%±0.01);Na_2O(111)表面的三个原子层间距d_1=1.17±0.01(膨胀46.3%±0.01),d_2=1.61±0.01(膨胀0.63%±0.01),d_3=0.86±0.01(膨胀7.5%±0.01)。

Si(001)-(2×2×1):H表面弛豫研究

目的研究Si(001)-(2×2×1):H表面的几何结构和电子特性.方法在周期边界条件下,采用基于密度泛函理论的广义梯度近似平面波超软赝势法,对Si(001)-(2×2×1):H表面结构进行了弛豫计算并对该表面进行电子结构分析.结果结果表明弛豫作用使得部分电子从第一层硅原子转移到了第二层硅原子上,从而导致表层硅呈现正电性.结论这样的电子结构特性将有助于负电性强的氧气分子在硅氢表面的吸附.弛豫后的Si(001)-(2×2×1):H表面的能带结构具有半导体材料的特征.

NbB_2(0001)表面性质的第一性原理研究

应用密度泛函理论的第一性原理的方法分析了两种不同终端的NbB2(0001)表面的几何结构和电子结构。结果表明:两种不同终端的(0001)表面结构弛豫主要发生在前三层,并且硼终端的表面弛豫程度小于铌终端表面的弛豫。表面能分析结果表明,终止于硼终端的(0001)表面结构在更宽的范围内具有较低的表面能,即硼终端的(0001)表面比铌终端的表面更稳定。进一步分析NbB2(0001)两种终端表面的电子结构表明:在金属铌和硼之间发生了电子转移,加强了化学键的相互作用,导致第一间层向内弛豫。对于铌终端的表面第一层铌转移到第二层的电子数比硼终端表面第二层铌转移到第一层的电子数多,这是导致铌终端表面弛豫程度大于硼终端表面的主要原因。

TiB_2(0001)表面性质的密度泛函理论

用第一性原理方法分析两种TiB2(0001)表面的几何和电子结构。结果表明:两种TiB2(0001)表面都不发生重构,但表面几层原子都出现明显的弛豫现象,其中以终止于硼原子的表面弛豫尤为明显,而终止于钛原子的表面相对较稳定,弛豫较轻;进一步对两种不同表面的表面能分析表明,终止于钛原子的表面在更宽的范围内具有较低的表面能;这些结果说明,终止于钛原子的表面较稳定。

W(110)表面反常STM图像的密度泛函理论研究

采用密度泛函理论的第一性原理方法研究了W(110)p(1×1)表面的STM图像对于衬底偏压的依赖性.计算结果表明:在衬底负偏压条件下,W(110)p(1×1)表面的钨原子在STM图像中显示为暗点而非通常在其它过渡金属中观察到的亮斑,并且暗点随偏压绝对值的减小而逐渐弱化.计算还模拟了恒流模式的STM测量时针尖的起伏变化.当衬底偏压在0～100meV区间时,针尖起伏高度最为明显(～0.006nm).在更高的正偏压下,STM的针尖起伏随偏压改变而线性变化(0.0015～0.0035nm).这些结果说明了W(110)p(1×1)表面是非常平坦的.由于钨原子的价电子为5d态,和3d电子相比具有更为扩展的行为,表面态电子波函数交叠区间集中在原子周围,所以STM测量时亮点突起出现在原子的周围.

闪锌矿GaN(110)表面原子和电子结构的理论计算

在密度泛函理论的基础上,采用平面波赝势方法计算了立方GaN(110)表面的原子和电子结构。结构优化表明最表层原子都向体内弛豫,且金属Ga原子弛豫幅度比非金属N原子大,同时各层层间距呈交错分布。表面弛豫后,最表层原子发生键长收缩的弛豫特性,表面Ga原子趋于形成sp2杂化得到的平面型构形,而表面N原子趋于形成p3型锥形结构。另外,理想立方GaN(110)表面在带隙中有两个明显的表面态,经过弛豫后,分别向价带和导带方向移动,并解释了导带底附近的表面态移动的幅度比价带顶附近的表面态大的原因主要由于表面Ga、N原子弛豫幅度不同引起的。此外,弛豫后,表面电荷重新分布,Ga原子周围的部分电子转移到N原子上。

钢中NbC夹杂粒子表面性质的第一性原理

为了系统研究钢中NbC夹杂粒子的表面特性,从纳观角度出发,利用基于密度泛函理论的第一性原理对NbC低指数面的表面结构与电子结构进行理论计算.研究结果表明:NbC低指数面结构弛豫效应主要发生在表面前三层,C终止(111)面的结构弛豫效果最为显著;NbC低指数面表面稳定性排序为C终止(111)面<(110)面<Nb终止(111)面<(001)面,(001)面的表面能最小,结构稳定性最佳;C终止(111)面上相邻Nb-4d与C-2p轨道之间有效电荷转移量为0.12e,转移量较大且轨道杂化程度较剧烈,产生强烈的极性共价键现象和最大的弛豫幅度.