新型多共轭链有机分子双光子吸收特性的理论研究

在密度泛函理论水平上,利用解析响应函数方法研究了以（4-{2-［4-（2-吡啶-4-乙烯基）-苯基］-乙烯基}-苯基）-胺为基本结构单元的单支、双支和三支共轭链有机分子的单光子和双光子吸收特性.计算结果表明,这三种有机分子都具有较大的线性和非线性吸收强度.在紫外-可见光区域,它们的单光子吸收谱都存在两个峰,这与实验结果符合较好.在近红外区域,多共轭链有机分子呈现出宽达300 nm的宽带双光子吸收,单支、双支和三支分子的最大双光子吸收截面比约为1.0∶2.3∶4.0,其中三支分子具有最大的双光子吸收截面101.73×10^-48 cm⁴·s.从理论上进一步证实,增加分子的共轭链可有效提高分子的双光子吸收特性.同时还给出了电荷转移态的电荷迁移过程. 关键词： 双光子吸收 响应函数方法 多共轭链有机分子     

两类以芴为中心的有机分子双光子吸收特性

在密度泛函理论水平上, 利用响应函数方法研究了实验新合成的两类以芴为π中心的分子(SK-G1和NT-G1)的双光子吸收特性. 计算结果表明, 这两类有机分子都具有较大的单光子和双光子光吸收强度. 在低能量范围内, NT-G1分子的最大单光子吸收峰相对于SK-G1分子来说发生了红移, 且其最大单光子吸收强度是SK-G1分子的两倍. SK-G1和NT-G1分子的最大双光子吸收均发生在第二激发态. NT-G1分子的最大双光子吸收截面约是SK-G1分子的五倍, 并且NT-G1分子存在一个较宽的双光子吸收带. NT-G1分子的较强光学性质与分子内较大的电荷转移过程有关. 采用Onsager模型计算了溶剂分子对溶质分子单光子吸收性质的影响, 理论计算结果和实验测量结果符合得较好.     

电场作用对4,4’-二吡啶杂环分子电输运特性影响的研究

用从头算理论和弹性散射格利用林函数的方法,计算了电场作用下的4,4’-二吡啶杂环分子体系的电子结构及其电导和电流.计算结果表明,电场作用使得体系在分子和电极间存在电荷转移和重新分布的过程,使分子与电极接触面附近出现电子积聚区和电子耗散区,从而产生附加电偶极子,对分子的电导和电流产生抑制的影响.此外,在分子轨道能级和分子与电极的耦合系数上,电场的影响也比较明显,从而导致了分子的伏-安特性在考虑电场作用前后有较大的差异.考虑电场作用后的伏-安非线性特征与实验结果符合较好.     

静电场诱导的分子双光子吸收截面和光限幅性能的变化

采用时域有限差分法数值求解麦克斯韦-布洛赫方程,研究了当存在静电场时少周期脉冲激光在4,4'-二(二正丁胺基)二苯乙烯(BDBAS)分子介质中的传播过程,得到了分子的动态双光子吸收(TPA)截面并且展示了其光限幅行为. 由于静电场的存在打破了BDBAS分子的对称性,因此激光在传播过程中,其频谱同时出现了偶次谐波和奇次谐波. 随着静电场强度的增加,分子的动态TPA截面增大,同时光限幅效应更为明显.     

基于咔唑的双光子荧光次氯酸根探针光学性质及响应机理

采用含时密度泛函理论与响应函数理论相结合的方法,研究了两种实验室新合成的水溶性双光子荧光次氯酸根（ClO^-）探针分子HCH和HCM的单光子吸收、双光子吸收和荧光发射性质。计算结果表明,HCH和HCM分子与ClO^-反应后,生成物的光吸收和光发射性质均发生明显变化,相应的吸收和发射峰位都发生了明显蓝移,荧光强度展现出明显的增强。另外,两探针分子都具有较大的双光子吸收截面,且与ClO^-反应后,生成物的双光子吸收截面值显著增加,因此两分子均可作为性能优良的双光子荧光探针分子。此外,通过分析HCH和HCM分子与ClO^-反应前后的Mulliken电荷布居情况,从理论上证实了该系列荧光探针分子的识别机理是C＝N异构化。     

Numerical analyses on optical limiting performances of chloroindium phthalocyanines with different substituent positions

Optical limiting properties of two soluble chloroindium phthalocyanines with α- and β-alkoxyl substituents in nanosecond laser field have been studied by solving numerically the coupled singlet–triplet rate equation together with the paraxial wave field equation under the Crank–Nicholson scheme. Both transverse and longitudinal effects of the laser field on photophysical properties of the compounds are considered. Effective transfer time between the ground state and the lowest triplet state is defined in reformulated rate equations to characterize dynamics of singlet–triplet state population transfer. It is found that both phthalocyanines exhibit good nonlinear optical absorption abilities, while the compound withα-substituent shows enhanced optical limiting performance. Our ab-initio calculations reveal that the phthalocyanine withα-substituent has more obvious electron delocalization and lower frontier orbital transfer energies, which are responsible for its preferable photophysical properties.     

(E,E)-1,4-双{2''-[5''-(B,B-二甲基苯硼)-2-噻吩基]乙烯基}-苯分子双光子吸收特性的理论研究

在密度泛函水平上,利用响应函数方法,研究了分子的单光子和双光子吸收特性.计算出了该分子在低能量范围内的最大双光子吸收截面为6.47×10-47cm4s/photon,与实验符合的较好.研究结果表明该分子具有较强的双光子吸收特性,是较好的双光子吸收材料.     

通过边缘修饰在非磁性石墨烯基单分子结中引入自旋的理论研究

在分子自旋电子学中,向非磁性的分子器件中注入自旋引起了广泛关注.在此提出一个新颖的策略,将磁性引入到与两个扶手椅形石墨烯纳米带电极耦合的单个苯分子器件中,即将这两个扶手椅形石墨烯纳米带电极的末端切割成锯齿形边缘的三角形石墨烯.利用第一性原理方法研究了分子结的自旋相关输运性质.结果表明,由于锯齿形边缘的三角形石墨烯向扶手椅形石墨烯纳米带电极和苯分子的自旋转移,导致锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性减弱.有趣的是,虽然锯齿形边缘三角形石墨烯的本征磁性衰减了,但仍对分子结的自旋输运有显著的贡献.输运计算表明,在自旋平行构型下,可以获得较大的电流自旋极化率.然而,在自旋反平行构型下,电流的自旋极化率发生了反转.器件隧穿磁电阻的正负可以通过偏压来调控.这项工作提出了一个在新型分子自旋电子器件中设计和应用石墨烯纳米带的有趣方法.     

双光子Jaynes-Cummings模型中场的振幅N次方压缩

分别研究了初始处于基态或激发态的一个二能级原子与相干态光场相互耦合的双光子Jaynes-Cummings模型中场的振幅N次方压缩特性,并讨论了其压缩度随入射光场的初始平均光子数和压缩阶数N的变化. 关键词：