含二噻吩乙烯的非线性光学开关分子的新设计方案研究

本文提出了一种利用二噻吩乙烯来设计光致二阶非线性光学开关分子的新方案.与传统设计方案不同之处在于,新方案中,二噻吩乙烯主要作为一个得失电子能力可以改变的基团处于化合物的端基上.通过设计一组结构简单的模型化合物,并利用密度泛函理论计算它们的一阶超极化率β,我们实验了新方案的效果.计算结果表明,使用适当的取代基,能使设计的分子的光异构体之间的β比值达到10倍左右,差值超过100×10-30esu,使得这组模型化合物的二阶非线性光学开关能力不逊色于一些遵循传统设计方案的复杂金属有机化合物.     

含硼二噻吩乙烯分子的二阶非线性光学性质与开关性质的理论研究

利用密度泛函与含时密度泛函方法,计算了一组含硼的二噻吩乙烯化合物分子的二阶静态非线性光学系数β,并对该体系的激发态电荷轨道跃迁规律做了分析.结果表明,该体系不但具有极好的二阶非线性光学响应能力,其不同光异构体的β差值亦相当明显.通过在二噻吩乙烯上使用更强的推电子基团,同时提高了β值和光异构体之间的β差值.最大的β差值接近1000×10-30esu,比值达到5.6倍.证明这种体系是一种优良的非线性光学开关材料.对激发态电荷轨道及其跃迁模式的分析解释了该体系具有较大β值的原因,以及光异构体的电荷跃迁模式之间的差别.     

α、β-并三噻吩衍生物分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的18个分子(a~j2)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学(NLO)性质。计算结果表明,增加共轭链的含乙烯桥的二聚并三噻吩比不含乙烯桥者,βμ(或β0)大1.6—5.3倍;在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩分子(母体分子)末端引入含C=C或C≡C的基团(如-C≡CH与-C=C(CN)_2),比引入强供电子基团(如-N(CH_2CH_3)_2)、单纯吸电子基(如F原子)βμ(或β0)更大;尤其是端接-C=C(CN)2基团的二聚α、β-并三噻吩衍生物,其βμ(或β0)值为104数量级个原子单位(10-29esu),与母体分子相比βμ增大4.8~19.6倍,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料.     

α、β-并三噻吩衍生物分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的18个分子(a～j2) 进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学（NLO）性质。计算结果表明,增加共轭链的含乙烯桥的二聚并三噻吩比不含乙烯桥者,µ(或0)大1.6—5.3倍;在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩分子(母体分子) 末端引入含C=C或C≡C的基团（如-C≡CH与-C=C(CN)2）,比引入强供电子基团（如-N(CH2CH3)2）、单纯吸电子基（如F原子）µ(或0) 更大;尤其是端接-C=C(CN)2基团的二聚α、β-并三噻吩衍生物,其µ（或0）值为104数量级个原子单位(10-29 esu),与母体分子相比µ增大4.8～19.6倍,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料。     

α、β-并三噻吩衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+g(d,p)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的15个分子(a～g2) 进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+g(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学（NLO）性质。计算结果表明,在乙烯分子(反式)两侧分别引入α-并三噻吩、β-并三噻吩基团(c分子)比单纯引入相同的α-并三噻吩(a分子)或β-并三噻吩(b分子)基团,更有利于增大其三阶非线性光学(NLO)性能。在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩 (母体分子)结构的末端,端接含C=C或C≡C的基团（如-C≡CH与-C=C(CN)2）,与端接吸电子基F原子或给电子基-N(CH2CH3)2相比,能隙降值减小,最低能量吸收波长明显红移,其三阶NLO系数  值达106数量级个原子单位(10-33 esu),显示出良好的三阶非线性光学性能,可设计成为性能良好的三阶非线性光学材料。     

α、β-并三噻吩衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-31+G(d,p)方法对二聚α、β-并三噻吩衍生物的15个分子(a~g2)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-31+G(d))计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算三阶非线性光学(NLO)性质.计算结果表明,在乙烯分子(反式)两侧分别引入α-并三噻吩、β-并三噻吩基团(c分子)比单纯引入相同的α-并三噻吩(a分子)或β-并三噻吩(b分子)基团,更有利于增大其三阶非线性光学(NLO)性能.在含乙烯桥二聚α、β-并三噻吩(母体分子)结构的末端,端接含C=C或C≡C的基团(如-C≡CH与-C=C(CN)_2),与端接吸电子基F原子或给电子基-N(CH_2CH_3)_2相比,能隙降值减小,最低能量吸收波长明显红移,其三阶NLO系数γ值达10~6数量级个原子单位(10~(-33)esu),显示出良好的三阶非线性光学性能,可设计成为性能良好的三阶非线性光学材料.     

噻二唑衍生物分子的电子光谱与三阶非线性光学性质

含噻二唑环偶氮类芳香有机化合物具有良好的有机非线性光学性能.采用密度泛函理论B3LYP方法和6-311++G(d,p)基组对6个噻二唑衍生物分子进行结构优化与频率计算,运用含时密度泛函理论对其吸收光谱进行理论计算,采用有限场方法及自编程序计算其三阶非线性光学性质(NLO).结果表明,6个分子的吸收波长在361~383nm范围内,属于近紫外区.组成噻二唑衍生物分子的羟基苯环与噻二唑环均不共面,-CH3或Cl引入到羟基苯环的邻、间、对位后,其共面程度与三阶NLO系数γ均按邻、间、对位取代递减.同一位置,引入-CH3比引入Cl原子的三阶NLO系数γ大.因此,在羟基苯环的邻位引入较强的供电子基,可以设计成为良好的三阶非线性光学材料.     

负非线性夹层式光开关原理

根据光致热效应讨论了负非线性夹层式光开关的时间响应特性。利用热传导方程和两个热力学方程，在绝热假设下分析了影响其全反射响应时间的因素，应用这一理论模式对Ｓｔｒｏｂｌ提出的样品材料进行了计算，理论与实验结果相吻合。     

基于二维非线性光子晶体的全光开关特性

为获得一个优化的全光开关结构,在光子晶体90°弯曲波导的基础上,进一步改进光子晶体结构,并在其中加入克尔型非线性介质柱,得到了非线性光子晶体全光开关结构。通过时域有限差分(FDTD)法数值分析表明,该开关结构能够实现的带宽大约为50nm,消光比大于40dB,阈值功率密度约为5.2W/μm。同时,该结构还可以实现基本的逻辑功能。     

含苯乙烯桥侧链三枝分子的二阶非线性光学性质

采用密度泛函理论B3LYP/6-311+g(d,p)方法对含苯乙烯桥侧链均三嗪类衍生物的8个分子(Y1-Y8)进行几何构型优化,对其最优构型采用TD-DFT(TDB3LYP/6-311+g(d,p)),计算电子吸收光谱,用有限场FF方法及自编程序计算二阶非线性光学（NLO）性质。结果表明,8个分子的μ（或0）值为104数量级个原子单位(10-29 esu),显示出良好的二阶非线性光学性能。在其三支链的末端引入强供电子基团（如-N(CH3)2或-N(CH2CH3)2）比引入弱供电子基团及吸电子基团,更有利于改善体系的二阶非线性光学性质,从而可获得良好的非线性光学材料。     

High Pressure Studies on the Optical and Electronic Properties of Para -Terphenyl

Based on X-ray powder diffraction experiments of p -terphenyl that yield pressure dependent lattice parameters, we performed geometry optimizations of all structural degrees of freedom including bond lengths and bond angles as well as molecular orientation using ab initio bandstructure methods. For these optimized structures we calculated the dielectric tensors. Upon increasing pressure we find a spectral red shift of the lowest energy absorption feature that is significantly smaller than that of the second peak at higher energies. We attribute this effect to intermolecular interactions that affect the bands involved in the second transition more than the bands giving raise to the first transition. This picture is confirmed by quantum chemical calculations for single molecules with the internal geometry extracted from the optimized structures.     

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息. 这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2相似文献   

原子分子在Ni(100)表面吸附的第一性原理研究

本文采用密度泛函理论,结合周期性平板模型,通过对原子H、N、O、S和C,分子CO、N2、NH3、NO,以及自由基CH3、CH、CH2、OH在Ni(100)表面吸附的研究,比较了它们的吸附能,稳定吸附位点,吸附结构及扩散能垒等信息.这些吸附质与表面结合能力从小到大依次是N2NH3COCH3NOHOHCH2CNSONCHC.在所有的原子中,O原子倾向于吸附在桥位,而其余的原子则倾向于吸附在空位.除N2之外的分子吸附物(CO、NO、NH3),最佳吸附位点均为四重空位,而N2的最稳定吸附位置为顶位.对于自由基吸附物(CH、CH2、CN、OH)而言,它们倾向于吸附在四重空位,而CH3则稳定吸附在桥位.     

非线性一维光子晶体光开关与光双稳

设计和制备了ZnS/ZnSe叠层共 2 0个周期的非线性一维光子晶体光开关与光双稳器件 理论模拟了波长 5 14 .5nm的氩离子激光 ,在阈值功率密度 1.0× 10 5W/cm2 下 ,完全移出光子禁带 ,实现了光开关 同一器件也可作为光学双稳器件 ,实验测出其阈值功率密度为 1.38× 10 5W/cm2 ,双稳开关时间为 10 0ps 理论与实验结果基本一致     

含酯基和吡啶环苯并菲衍生物分子的电荷传输和三阶非线性光学性质

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平计算研究含酯基和吡啶环的苯并菲衍生物分子的电荷传输速率．结果表明,酯基双取代的苯并菲衍生物分子具有较高的空穴和电子传输速率,分别为0.22 cm2/v•s和1.51 cm2/v•s．同时引入酯基和吡啶环均不利于空穴和电子传输．使用有限场(FF)方法计算分子的三阶非线性光学性质．结果显示,在酯基和吡啶环之间引入柔性碳链的分子与不含吡啶环分子的三阶非线性光学性质基本一致,均具有较高的电荷传输速率和良好的三阶非线性光学性质．     

含酯基和吡啶环苯并菲衍生物分子的电荷传输和三阶非线性光学性质简

采用密度泛函理论在B3LYP/6-31G**理论水平计算研究含酯基和吡啶环的苯并菲衍生物分子的电荷传输速率.结果表明,酯基双取代的苯并菲衍生物分子具有较高的空穴和电子传输速率,分别为0.22cm2/v·s和1.51cm2/v·s.同时引入酯基和吡啶环均不利于空穴和电子传输.使用有限场(FF)方法计算分子的三阶非线性光学性质.结果显示,在酯基和吡啶环之间引入柔性碳链的分子与不含吡啶环分子的三阶非线性光学性质基本一致,均具有较高的电荷传输速率和良好的三阶非线性光学性质.     

不对称双席夫碱过渡金属配合物的电子光谱和非线性光学性质的 理论研究

本文采用密度泛函理论中的M05方法对比研究了一类双席夫碱及其衍生物与金属Co、Ni和Cu配位后配合物的结构,非线性光学性质以及激发态性质. 结果表明,Co配合物的三重态,Ni配合物的二重态以及Cu配合物的单重态为最佳稳定结构. 通过最佳稳定结构计算得到的配合物非线性光学性质表明,三种金属配合物中Cu配合物表现出较高的一阶和二阶超极化率. 通过对其激发态性质分析表明在配体苯环上引入甲氧基使电子跃迁种类减少,导致超极化率下降,非线性光学性质减弱.     

不对称双席夫碱过渡金属配合物的电子光谱和非线性光学性质的理论研究

本文采用密度泛函理论中的M05方法对比研究了一类双席夫碱及其衍生物与金属Co、Ni和Cu配位后配合物的结构,非线性光学性质以及激发态性质.结果表明,Co配合物的三重态,Ni配合物的二重态以及Cu配合物的单重态为最佳稳定结构.通过最佳稳定结构计算得到的配合物非线性光学性质表明,三种金属配合物中Cu配合物表现出较高的一阶和二阶超极化率.通过对其激发态性质分析表明在配体苯环上引入甲氧基使电子跃迁种类减少,导致超极化率下降,非线性光学性质减弱.