هاميلتونيون مثيرون لحساب أطياف الامتصاص البصري والخصائص الإلكترونية البصرية للمجاميع الجزيئية والمواد الصلبة

ملخص

هنا، نقدم بروتوكولاً لـ"باريميتريزينغ" هاملتونيان مُلزم بإحكام لحساب أطياف الامتصاص البصري والخصائص الإلكترونية البصرية للمواد الجزيئية من الحسابات الكيميائية الكمية ذات المبادئ الأولى.

الملخص

يعتمد التصميم العقلاني للمجاميع الجزيئية والمواد الصلبة المضطربة للتطبيقات الإلكترونية البصرية على قدرتنا على التنبؤ بخصائص هذه المواد باستخدام الطرق النظرية والحسابية. ومع ذلك ، لا يمكن وصف الأنظمة الجزيئية الكبيرة حيث الاضطراب كبير جدًا بحيث لا يمكن اعتباره في الحد المضطرب باستخدام إما المبادئ الأولى للكيمياء الكمية أو نظرية الفرقة. النمذجة متعددة المستويات هو نهج واعد لفهم وتحسين الخصائص الإلكترونية البصرية لهذه الأنظمة. ويستخدم المبادئ الأولى أساليب كيميائية الكم لحساب خصائص الجزيئات الفردية، ثم يبني نموذج Hamiltonians من المجاميع الجزيئية أو المواد السائبة على أساس هذه الحسابات. في هذه الورقة، نقدم بروتوكولا لبناء هاملتونية ملزمة ضيقة التي تمثل الدول متحمس من المواد الجزيئية في أساس excitons Frenckel: أزواج الإلكترون حفرة التي يتم توطينها على الجزيئات الفردية التي تشكل المواد. البارامترية هاملتونية المقترحة هنا حسابات للاقترانات التواتيكية بين الجزيئات، وكذلك للاستقطاب الكهروستاتيكي لكثافة الإلكترون على جزيء من خلال توزيع الشحنة على الجزيئات المحيطة. ويمكن استخدام هذا النموذج Hamiltonians لحساب أطياف الامتصاص البصري وغيرها من الخصائص البصرية الالكترونية من المجاميع الجزيئية والمواد الصلبة.

المقدمة

في العقدين الماضيين، وجدت المواد الصلبة والأفلام المصنوعة من الجزيئات العضوية المجمعة تطبيقات متعددة في الأجهزة الإلكترونية البصرية. الأجهزة القائمة على هذه المواد لها العديد من الخصائص الجذابة، بما في ذلك الوزن الصغير، والمرونة، وانخفاض استهلاك الطاقة، وإمكانية الإنتاج الرخيص باستخدام الطباعة النافثة للحبر. تحل شاشات العرض المستندة إلى الثنائيات العضوية الباعثة للضوء (OLEDs) محل شاشات الكريستال السائل كأحدث ما في الهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة وأجهزة التلفزيون والأجهزة الإلكترونية الأخرى^1و2و3و4. ومن المتوقع أن تزداد أهمية OLEDs ....

البروتوكول

1. تقسيم النظام متعدد الجزيئية إلى جزيئات فردية

1. إنشاء هيكل النظام الذي يحتاج إلى بناء هاملتوني مثير في تنسيق ملف جزيئي Tripos MOL2. يمكن أن يكون هذا الهيكل لقطة من ديناميات الجزيئية أو محاكاة مونتي كارلو للنظام.
2. إذا كانت جميع الجزيئات في النظام تتكون من نفس العدد من الذرات، استخدم getMonomers.py النص الثعبان 2.7 لتوليد الملفات التي تحتوي على إحداثيات الديكارتية للذرات في الجزيئات الفردية التي تؤلف النظام. الجزيئات التي تشكل النظام لا يجب أن تكون متطابقة (على سبيل المثال، يمكن أن تكون ايزومرات). يأخذ هذا البرنامج النصي معلمتين إدخال.
   1. حدد اسم ملف Tripos MOL2 الذي يحتوي على هندسة النظام من الخطوة 1.1 (سلسلة).
   2. حدد عدد الذرات في كل جز....

النتائج

في هذا القسم نقدم نتائج تمثيلية لحساب طيف الامتصاص البصري لمجموع ستة جزيئات YLD 124 ، كما هو موضح في الشكل 3a، حيث تم الحصول على بنية التجميع من محاكاة مونتي كارلو الخشنة الحبيبات. YLD 124 هو chromophore نقل تهمة نموذجية التي تتكون من مجموعة الإلكترون التبرع من أمين diethyl مع tert-butyldimethylsilyl حماية المجموعات التي يتم توصيلها عبر جسر مترافق إلى الإلكترون قبول المجموعة 2-(3-cyano-4,5,5-trimethyl-5H-furan-2-ylidene)-malononitrile³⁹. هذا الجزيء لديه لحظة .......

المناقشة

تسمح الطريقة المعروضة هنا بتخصيصات متعددة. على سبيل المثال، من الممكن تعديل معلمات حسابات DFT و TD-DFT، بما في ذلك الكثافة الوظيفية، ومجموعة الأساس، والتعريف المحدد لشحنات النقطة الذرية.

يوصى باستخدام وظائف مصححة بعيدة المدى، مثل οB97X أو οB97XD أو οPBE، من أجل الحصول على كثافات انتقالية معقولة للتحولات ذات حرف نقل الشحن. قد يكون من المثير للاهتمام دراسة إلى أي مدى يؤثر الاختيار المحدد الوظيفي (أو المعلمات الوظيفية ، مثل كمية التبادل الدقيق أو قيمة معلمة فصل النطاق) على الخصائص الإلكترونية الب.......

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة

الاسم	الشركة	رقم فهرسي	التعليقات
Gaussian 16 ، المراجعة B1
Multiwfn الإصدار 3.3.8
GNU مجموعة المترجم الإصدار 9.2
python 2.7.0