Fenna-Matthews-Olson捕光复合物中的冗余结构

研究了绿色硫细菌中捕光天线复合物Fenna-Matthews-Olson的一个子单元和反应中心的能量传递.通过细菌叶绿素分子的能量和耦合强度,构建了包含反应中心的哈密顿量及约化模型.通过级联运动方程研究了不同分子间和反应中心的激子布居演化.计算了Fenna-Matthews-Olson及其约化模型的二维三阶光子回波谱,获得能量传榆过程中不同激子态间的相干性.结果表明在能量捕获过程中,Fenna-Matthews-Olson复合物存在冗余结构.     

双分子链中非线性多激子态的动力学研究

在超快激光激发下分子聚集体内有多个激子产生.针对具有链间耦合的双分子链系统,应用密度矩阵理论,在偶极-偶极近似和算符算术平均值近似下通过求解量子主方程计算了不同双链构型下的多激子动力学过程.研究发现在光激发作用下的多激子离域在双链分子系统中,在能量表象下形成激子态能带.激子态能带的宽度和激子占据能级随双分子链构型的不同而不同.对于链间和链内均为H型排列的分子链,激子态能带变宽,激子态优先占据在高阶能级上.在不同能级下的激子具有不同的动力学演变特点.若链间耦合较强,激子态通过链间耦合传递,与分子是否直接受到激发没有直接关系,激发态在两个链内的转移周期与最近邻的链间耦合有直接关系.     

共轭聚合物中受激吸收与受激辐射的量子动力学研究

基于扩展的一维SSH紧束缚模型结合非绝热的分子动力学方法,理论研究了共轭聚合物分子(PPV)在光脉冲作用下受激吸收和受激辐射的量子动力学过程.首先,设定分子初始处于基态,讨论了受激吸收过程中不同的电子受激跃迁模式与光激发脉冲的关系.通过对终态的分析,发现分子受激后只能产生电子-空穴的束缚态,包括:激子、双激子和高能激子.计算了各种激发态的产率,特别是,给出了各种激发态产率与光激发能量的定量关系.此外,基于实验,分别讨论了光激发强度对高能激子和双激子产率的影响,并与实验结果进行了比较.最后,设定分子初始分别处于激子和双激子态,研究了分子内定域能级之间的受激辐射过程,并简单讨论了激子和双激子受激辐射与光激发能量及强度的关系.     

受激双层石墨烯量子点中的激子耦合动态变化（英文）

有机聚集体中分子间相互作用决定了聚集体的光物理性质,从而显著影响基于此类材料的光伏器件性能.分子间激子耦合(或电偶极耦合)是一种常见且重要的分子间相互作用.本文利用瞬态吸收光谱研究了石墨烯量子点二聚体(一种大稠环芳烃的π-π堆叠二聚体)中的激子耦合作用.发现了瞬态吸收谱随泵浦-探测延时的演化起源于二聚体激发态中激子耦合强弱的动态变化.通过拟合瞬态光谱,进一步证实了可利用最低能量的两个振动吸收峰的瞬态吸收动力学直接表征二聚体中激子耦合强度的动态变化.     

受激双层石墨烯量子点中的激子耦合动态变化

有机聚集体中分子间相互作用决定了聚集体的光物理性质,从而显著影响基于此类材料的光伏器件性能. 分子间激子耦合(或电偶极耦合)是一种常见且重要的分子间相互作用. 本文利用瞬态吸收光谱研究了石墨烯量子点二聚体(一种大稠环芳烃的π-π堆叠二聚体)中的激子耦合作用. 发现了瞬态吸收谱随泵浦-探测延时的演化起源于二聚体激发态中激子耦合强弱的动态变化. 通过拟合瞬态光谱,进一步证实了可利用最低能量的两个振动吸收峰的瞬态吸收动力学直接表征二聚体中激子耦合强度的动态变化.     

共轭高聚物双分子链中激子生成的动力学研究

通过对耦合共轭高分子双链中激子生成的动力学研究,讨论了受到光激发后,激子在分子内或分子间生成的制约因素.激子的生成除了受分子链间耦合强度的制约,还受到光激发模式的影响.结果表明,激子既可以在分子内生成,也可以在耦合分子间生成.增大分子之间的相互作用强度,可以增大在分子之间生成激子的概率.     

从捕光天线到反应中心分子能量传递研究

利用飞秒时间分辨光谱技术研究了PSⅡ中捕光天线LHCⅡ内Chla分子和β-Car分子传递光能到反应中心的时间特性,实验测得Chla分子用了25 ps,β-Car分子用了250 ps.理论研究得出:25 ps是相邻Chl分子之间随机转移传能的时间常数,250 ps是LHCⅡ内相邻β-Car分子,通过Chla分子单步FÖrster共振传递、Dexter电子交换机制、激子转移把能量转移到反应中心的总时间.理论计算与实验结果基本符合,激子随机转移传递激发能快而有效.     

高等植物外周捕光天线LHCⅡ中的超快光动力学过程

利用飞秒抽运探测技术及时间分辨荧光(TRPL)等光谱技术对高等植物LHCⅡ中的超快光动力学过程进行了研究。在其时间分辨荧光光谱中表现出了明显的各向异性特性。实验上观察了LHCⅡ中色素间的能量传递过程,由飞秒动力学发现,单体内Chlb到邻近的Chla之间的能量传递在200～300fs的时间尺度,Chla激子带间的能量弛豫发生在几百飞秒,不同单体Chla分子间能量分布过程在几个皮秒。而时间分辨荧光和飞秒动力学过程中上百皮秒的慢过程归属于不同聚集体间的能量平衡过程或分子构象变化。     

PSⅡ颗粒复合物飞秒分辨低温荧光动力学研究

采用飞秒时间分辨荧光光谱学对PSⅡ颗粒复合物在83 K,160 K,273 K下进行研究,实验表明随温度升高,光谱加宽.并且发现在PSⅡ颗粒复合物中至少存在以下几种特征Chl分子：Chl b640639,Chl b645640,Chl a663660,Chl a668667,Chl a676673,Chl a681680,Chl a682680/681,Chl a688/689684,685,Chl a698688.在不同的温度下,参与能量传递的色素分子传能途径各不相同,但都有一个共同点：在到达反应中心之前能量传递高效进行,绝大多数能量传递到了反应中心,而在680 nm之后的波段,能量损耗明显增大,这是由于电子传能受阻,能量绝大多数以荧光形式耗散.对荧光衰减曲线进行时间拟合,得到四组时间常数：30～40 ps,260 ps,550～670 ps,1～8 ns.几个ns的长寿命组分,反映了两个能量传递过程,即与基对态P680＋pheo－,以及能量传递过程中Chl a分子由激发态辐射荧光衰退到基态以辐射荧光形式丢失能量的过程有关.550～670 ps的时间组分,反映的是部分电荷重组的过程.260 ps的组分只在83 K出现,应归于LHCⅡ中的Car分子经中间传递体传能到Chl b 639分子后继续将能量传递到反应中心P680的时间.30～40 ps的时间组分为LHCⅡ中的Chl分子吸收光能后通过一系列中间体将能量传递到反应中心,Chl a680/681分子的能量传递过程.     

链构象对稀溶液中MEH-PPV的光致发光的影响

聚(2-甲氧基-5-(2’-乙基己氧基)-1,4-对苯乙炔)(MEH-PPV)在溶液中的链构象依赖于溶剂的性质,共轭聚合物的发光特性受链构象影响明显。在稀溶液中,不良溶剂含量的增加使MEH-PPV分子链更加紧缩卷曲,单个分子链内更多共轭链段发生聚集,光激发形成的链间激子增加。通过对MEH-PPV稀溶液的光谱分析,发现链间激子的形成过程依赖于激发光的能量(hv)。在激发光能量大于聚合物的最低激发能(E4)的情况下,大部分链内激子通过辐射复合发光,少部分链内激子沿分子链转移到聚集的共轭链段上形成链间激子。在hv＜Ea的情况下,单个分子链内聚集共轭链段吸收光子能量形成链问激子并复合发光。     

捕光天线色素分子到反应中心光能传递机理研究

利用皮秒和飞秒时间分辨光谱技术研究了PSⅡ捕光天线β-car分子和Chla分子传递光能到反应中心的机理，β-car分子接收到514.5nm光能之后，将能量主要以Dexter电子交换机理传递给相邻ε-car分子或Chla分子以后，再以Forster共振传能机理通过Chla分子向相邻Chal分子单步传递，最终以250ps的时间传递到反应中心，理论计算值为267ps。捕光天线中的Chla分子接收到光能后，以随机转移激子跃迁方式用了25ps时间将光能传递到反应中心，理论计算值为29.7ps。实验还得到了捕光天线LHCⅡ三聚体中Chal分子接收-400nm光能后，将能量为520fs的时间常数传递给相邻Chla分子，Chlb分子接收-400nm光能后，将能量以210fs的时间常数传递给相邻Chla分子，理论研究与实验结果基本符合。     

分子聚集体中激子-激子湮灭过程

分子的激发能量转移和电荷转移是提高光伏电池和发光二极管效率的关键问题,其中分子聚集体中的激子-激子湮灭过程是影响分子激发能量转移的重要方面,细致研究激子-激子湮灭的动力学过程并与相关的瞬间吸收谱信号对比对相关的理论和实验都有重要意义.本文在分子间弱耦合近似下,用经典的率方程,应用方酸分子的基本参数对激子-激子湮灭过程做...     

热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究

将最大熵方法(Maximum Entropy,缩写为ME)引入Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)模拟热化学非平衡流动过程中,构造一个计算非平衡条件下化学反应几率和反应碰撞能量分配的最大熵模型.在DSMC-ME的模拟过程中,对分子间的非反应碰撞,采用传统的Larsen-Borgnakke唯象论模型模拟碰撞分子内能的激发与松弛;对分子间反应碰撞,采用最大熵模型模拟分子间的化学反应和能量交换.通过模拟高空高超声速绕圆柱和低密度高焓绕钝头锥体流动,并与DSMC算法和HEG实验结果比较,论证了DSMC-ME算法的有效性.     

细菌视紫红质能化态时表面电位的非线性光学机制

用荧光标记物1，8-ANS与细菌视紫红质结合，测得紫膜细菌视紫红质在能化态时的表面电位远大于非能化态时的对应值。在细菌视紫红质分子的激光四波混频实验中，应用激子表象理论，获得了紫膜能化态时的激子饱和密度和激子长度，说明在bR—ANS络合物中，细菌视紫红质中色氨酸残基对ANS的激发能量转移效率提高，能化态时表面电荷密度增加，从而使非辐射共振转移变为激子转移，也证明了紫膜能化态时表面电位的非线性光学机制。     

利用磁致发光曲线研究Rubrene器件中激子分裂和湮没过程

为了研究Rubrene分子中激发态的能量共振和分子间π-π共轭的特性对有机磁效应的影响, 本文制备了基于不同浓度和厚度的Rubrene有机发光器件, 并在不同温度下测量了器件的电致发光磁效应(magneto-electroluminescence, MEL). 实验发现, 发光层中Rubrene的厚度和浓度均可以对器件中的MEL产生较大的影响, 室温下MEL的高场值随Rubrene层厚度的增加而增加, 并在30 nm之后逐步趋于饱和; 随着Rubrene分子的浓度和测量温度的降低, MEL高场增加的幅度逐渐减小, 甚至在低温时出现高场下降. 通过对实验曲线进行数值拟合, 认为Rubrene分子之间形成的π-π共轭结构有助于双分子相互作用的发生, 单重态激子分裂、三重态激子之间的湮没和单-三重态极化子对的系间窜越三种过程在器件中相互竞争导致了所得MEL的变化. 本工作有助于加深对有机光电子器件内部机理的认识.     

高效级联量子耗散动力学计算相干二维光谱方法的发展

为了能够高效计算非线性光学响应函数,提出了级联方程组的混合海森堡-薛定谔方案以及块矩阵操作方法. 同时,这些方法也与最近发展的级联方程组的最优构建和过滤传播子相结合, 模拟了不同光学四波混频配置下激子二聚体模型体系的相干二维光谱,重点研究了其中分子间转移耦合和激子{激子相互作用的影响.     

高组分稀磁半导体Cd1-xMnxTe/CdTe超晶格的荧光谱研究

报道用分子束外延(MBE)技术生长的x=0.4,0.8的高组分稀磁半导体Cd1-xMnxTe/CdTe超晶格低温和室温荧光谱研究结果.基态激子跃迁能级荧光谱实验结果显示高组分超晶格中具有高量子效率和高质量光发射.对激子能级随温度的变化进行了详细研究,给出激子跃迁能量的温度系数.激子能级线型的展宽随温度变化关系可用激子-纵向光学声子耦合模型解释.与光调制反射谱实验结果进行了比较.     

混合分子聚集体有机纳米材料中相干与非相干皮秒脉冲累积光子回波

用双调制(斩波器和驻波调制器)和外差检测累积光子回波技术,研究了PIC-I和azaPIC-I混合分子集体有机纳米材料中一维Frenkel激子的位相弛豫过程.观测到激子失相时间T2随azaPIC-I克分子数的增大从60ps变为224ps.这与在含能量陷阱的分子聚集体中激子失相时间T2随陷阱的增加而变短的现象刚好相反.并且对在脉宽为4ps和相于时间为1ps的相干脉冲和非相干脉冲的不同激发条件下的实验结果进行了分析和讨论.     

单壁碳纳米管中暗激子变亮的多体格林函数理论研究

本文发现了吸附在碳纳米管外壁和管内的有机分子可以调控碳纳米管的光学性质. 本文以手性为(7,0)的单壁碳纳米管与有机分子方酸菁和聚噻吩组成的复合物为例,利用从头算多体格林函数理论研究了物理吸附的有机分子对碳纳米管光激发性质的影响. 碳纳米管的E₁₁和E₂₂吸收峰红移了几十个毫电子伏特. 重要的是,碳纳米管与分子之间的弱相互作用使得(7,0)管原来能量低于E₁₁峰的暗激子获得一定的振子强度,成为亮激子,从而在低能量处产生一个较弱的卫星吸收峰. 吸附分子的类型影响该卫星峰的能量. 这些发现可为调控碳纳米管的发光波长和发光效率提供有价值的信息.     

叶绿素a、b分子体系激子相干迁移的时间特性

本文利用激发能传递的广义主方程理论和光谱实验结果,首次研究了相同和相异叶绿素分子体系的激子相干迁移的时间特性.Chla分子间的相干时间为350fs,Chlb分子间为160fs,Chla与Chlb分子间为200fs.主要叶绿素分子间的激子相干迁移属弛豫前转移过程.并分析了该迁移的作用及影响相干时间长短的主要因素.