推拉型分子雙光子吸收的理論研究.pdf

1、傾士學(xué)位論文中文摘要推拉型分子的雙光子吸收性質(zhì)的理論研究(摘要)強(qiáng)雙光子吸收材料由于在激光限幅、雙光子上轉(zhuǎn)換檄射、三維信息存儲(chǔ)、生物體三維成像、光動(dòng)力學(xué)治癌等方面具有誘人的應(yīng)用前景，成為材料化學(xué)、光子學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)注熱點(diǎn)。然而，由于一般材料的雙光子吸收截面很小，雙光子吸收的實(shí)際應(yīng)用受到限制。近年來(lái)，隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)的日益發(fā)展，實(shí)驗(yàn)合成了大量具有大雙光子吸收截面的有機(jī)材料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，最有效的雙光子吸收材料是由電子給體和電子受體對(duì)稱(chēng)或

2、反對(duì)稱(chēng)的與一個(gè)，中心結(jié)合而成的系統(tǒng)。為了理解具有大雙光子吸收截面的分子結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系和檢驗(yàn)這些實(shí)驗(yàn)中合成的分子的雙光子吸收性質(zhì)，理論工作者發(fā)展了各種理論模型來(lái)計(jì)算分子的雙光子吸收截面。利用理論模型不僅可以對(duì)分子的雙光子吸收強(qiáng)弱進(jìn)行預(yù)測(cè)，還可以為實(shí)驗(yàn)合成具有大雙光子吸收截面的分子提供重要的理論依據(jù)和指導(dǎo)。我們分別以苯、二苯乙烯、o吩為二中心，氨基、二苯氨基和二乙氨基為電子給體，硝基為電子受體組合形成的分子為研究對(duì)象，在從頭計(jì)算的水平

3、上用密度泛函理論計(jì)算了這些分子在低激發(fā)態(tài)下的單、雙光子吸收強(qiáng)度，重點(diǎn)研究了分子的長(zhǎng)度、二中心和給體的供電子能力對(duì)分子單、雙光子吸收的影響。研究結(jié)果表明，分子長(zhǎng)度與單光子吸收強(qiáng)度之間有密切關(guān)系，而在雙光子吸收中這種關(guān)系較弱二中心在雙光子吸收中具有重要的作用在二中心和受體一定的情況下，增加給體的供電子能力，可提高雙光子吸收強(qiáng)度。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，在以二苯乙烯為7r中心的中間插入兩個(gè)氮苯構(gòu)成的DAAD型分子，具有最大的雙光子吸收截面。目前，有機(jī)分

4、子的雙光子吸收性質(zhì)都是在溶劑中測(cè)量的。當(dāng)分子溶解在溶劑中時(shí)，溶質(zhì)分子將使溶劑發(fā)生極化現(xiàn)象，被極化的溶劑反過(guò)來(lái)又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)反應(yīng)場(chǎng)作用于溶質(zhì)分子，從而影響溶質(zhì)分子的幾何結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性。因此，為了解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果和合成雙光子吸收特性強(qiáng)的分子，必須考慮溶劑的影響，這就需要人們發(fā)展新的理論模型來(lái)計(jì)算溶劑效應(yīng)。本文用自洽反應(yīng)場(chǎng)的連續(xù)極化模型來(lái)模擬計(jì)算溶劑效應(yīng)。計(jì)算結(jié)果表明，溶劑對(duì)分子的幾何結(jié)構(gòu)影響很小，但對(duì)分子的雙光子吸收有較大的影響。而且，隨著溶劑極

5、性的增加，激發(fā)態(tài)的激發(fā)能減小，雙光子吸收截面增大。在9中心和受體一定的情況下，69!士學(xué)位論文英文摘要TheStudiesontheTwoPhotonAbsorptionofPushPull二一ConjugatedMolecules(Abstract)Materialswithstrongtwophotonabsorption(TPA)arecurrentlyattractingconsiderableattentionintheche

6、mistryphotonicsandbiologycommunitiesbecauseoftheirpotentialapplicationsinopticalpowerlimitingupconvertedlasering，threedimensionaldatastoragenondestructiveirnagingandphotodynamictherapy.However，thedevelopmentoftwophotonte

7、chnologyisconfinedbecauseofthesmallTPAcrosssectionsofmaterials.RecentlywiththedevelopmentofexperimentsnumerousorganicmaterialsthatexhibitlargeTPAcrosssectionshavebeensynthesizedindiferentlaboratories.Theresultsofexperime

8、ntsshowthatthemostefficientTPAmaterialsseemtobetheoneswithvariouselectrondonor(D)andelectronacceptor(A)moietiesatachedsymmetricallyorasymmetricallytoa7rcenter.Inordertounderstandthestructurepropertyrelationshipofmaterial

9、swithlarge丁PAcrosssectionsandexaminetheTPApropertiesofthesemoleculesalargenumberoftheoreticalmodelsaredevelopedtocalculateTPAcrosssectionsofmolecules，Theoreticalcalculationscannotonlypredictthetwophotonabsorptionintensit

10、ybutalsoprovideguidelineandhelpforsynthesisofnewmaterialswithlargeTPAcrosssections.Wehavecalculatedoneandtwophotonabsorptioncrosssectionsofthelowestexcitedstatesofaseriesofmoleculescombinedwithbenzenestilbenthiopheneasrr

11、centeratachedwithaminediphenylaminediethylamineaselectrondonorandnitrylaselectronacceptortheeffectsofmolecularlengthreenterandelectrondonorontwophotonabsorptioncrosssectionshavebeenstudiedandallcalculationshavebeencarrie

12、doutusingthedensityfunctionaltheoryatanabinitiolevel.Itisfoundthatthemolecularlengthandtheonephotonabsorptionintensityarequitestronglycorrelatedfactorsandthatacorrespondingcorrelationforthetwophotonabsorptionisdecreasing