DNA電子結(jié)構(gòu)以及光學(xué)性質(zhì)的研究.pdf

1、隨著納米技術(shù)的進(jìn)步,DNA由于其自身具備的可編織性、自組裝性、低維性和生物性等獨(dú)特性質(zhì)已引起科研工作者的廣大關(guān)注,然而,人們對DNA的各種基本的物理性質(zhì)仍然存在爭議,這將對未來DNA新材料和新器件的突破造成潛在阻礙。科學(xué)工作者對DNA基本物理性質(zhì)的研究,其中電學(xué)性質(zhì)研究較多一些,對其光學(xué)性質(zhì)研究還比較少,本文則重點計算分析了poly(G)-poly(C)雙鏈DNA與poly(A)-poly(T)雙鏈。DNA以及帶骨架兩種堿基組份雙鏈DN

2、A的光學(xué)吸收性質(zhì)。
　　 基于DNA結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,我們采用緊束縛模型,計算了poly(G)-poly(C)與poly(A)-poly(T)雙鏈DNA以及帶磷酸骨架的兩種堿基組份雙鏈DNA的電子結(jié)構(gòu)以及光學(xué)躍遷吸收譜。計算結(jié)果表明:poly(G)-poly(C)DNA與poly(A)-poly(T)DNA的能帶結(jié)構(gòu)都呈現(xiàn)出間接帶隙半導(dǎo)體能帶結(jié)構(gòu)特征；電子態(tài)密度分布區(qū)間隨著無序度的增大而展寬,且能隙逐漸消失。poly(G)-poly

3、(C)DNA與poly(A)-poly(T)DNA的平行極化光學(xué)躍遷吸收譜的共振吸收峰值位置分別為1.87 eV和0.76eV,而對于垂直極化光學(xué)躍遷吸收譜,poly(G)-poly(C)DNA與poly(A)-poly(T)DNA其吸收邊分別為1.84eV和0.68eV,并在高、低能區(qū)都存在吸收峰,且平行極化與垂直極化光學(xué)躍遷吸收之間存在競爭效應(yīng)。隨著堿基位能無序度的增大,兩種雙鏈DNA的平行極化吸收譜的能量區(qū)域均展寬,但poly(A

4、)-poly(T)DNA的平行極化吸收譜在低能區(qū)的變化更加明顯；而對于垂直極化光學(xué)躍遷吸收譜,隨著無序度的增大高能區(qū)的吸收峰消失,吸收能量區(qū)域迅速展寬,但poly(G)-poly(C)DNA的吸收峰位置向低頻移動趨勢較poly(A)-poly(T)DNA的更加明顯。
　　 對于帶骨架的poly(G)-poly(C)DNA與poly(A)-poly(T)DNA雙鏈,由于骨架的影響,兩種堿基組份雙鏈DNA的能帶結(jié)構(gòu)由兩條能帶劈裂成四

5、條能帶；垂直極化光學(xué)躍遷吸收譜中吸收峰均由原來的兩個峰值擴(kuò)展為四個,吸收光子能量范圍變寬,并且吸收邊位置與光子能量的吸收范圍的位置均向高能區(qū)移動；平行極化光學(xué)躍遷吸收譜中,吸收譜對稱性破壞,吸收峰值均向高能區(qū)移動,其中對于A-T鏈,由于骨架的作用由一個吸收峰變?yōu)閮蓚€。由于骨架躍遷積分無序度的影響,兩種堿基組份雙鏈DNA的垂直極化光學(xué)躍遷吸收譜隨著無序度的增大,吸收峰由多個減少為一個,峰高逐漸降低,吸收光子能量范圍逐漸擴(kuò)展；對于其平行極化