Les Hamiltoniens excitoniques pour calculer les spectres d’absorption optique et les propriétés optoélectroniques des agrégats moléculaires et des solides

Résumé

Ici, nous présentons un protocole pour la parmétisation d’un Hamiltonian excitonique serré-contraignant pour calculer les spectres d’absorption optique et les propriétés optoélectroniques des matériaux moléculaires des calculs chimiques quantiques de premier-principes.

Résumé

La conception rationnelle des agrégats moléculaires désordonnés et des solides pour les applications optoélectroniques repose sur notre capacité à prédire les propriétés de ces matériaux en utilisant des méthodes théoriques et informatiques. Cependant, les grands systèmes moléculaires où le désordre est trop important pour être considéré dans la limite perturbative ne peuvent pas être décrits utilisant l’un ou l’autre des premiers principes de chimie quantique ou de théorie de bande. La modélisation multidimensionnelle est une approche prometteuse pour comprendre et optimiser les propriétés optoélectroniques de ces systèmes. Il utilise des méthodes chimiques quantiques de premier plan pour calculer les propriétés des molécules individuelles, puis construit le modèle Hamiltonians d’agrégats moléculaires ou de matériaux en vrac sur la base de ces calculs. Dans cet article, nous présentons un protocole pour la construction d’un Hamiltonien serré qui représente les états excités d’un matériau moléculaire à la base des excitons de Frenckel : des paires de trous d’électrons qui sont localisées sur des molécules individuelles qui composent le matériau. La paramétrisation hamiltonienne proposée ici explique les accouplements excitoniques entre les molécules, ainsi que pour la polarisation électrostatique de la densité d’électrons sur une molécule par la distribution de charge sur les molécules environnantes. Ces Hamiltoniens modèle peuvent être utilisés pour calculer les spectres d’absorption optique et d’autres propriétés optoélectroniques des agrégats moléculaires et des solides.

Introduction

Au cours des deux dernières décennies, les solides et les films fabriqués à partir de molécules organiques agrégées ont trouvé de multiples applications dans les dispositifs optoélectroniques. Les appareils basés sur ces matériaux ont de nombreuses propriétés attrayantes, y compris le faible poids, la flexibilité, la faible consommation d’énergie, et le potentiel de production bon marché en utilisant l’impression jet d’encre. Les écrans basés sur les diodes électroluminescentes organiques (OLED) remplacent les écrans cristallins liquides comme état de l’art pour les téléphones mobiles, ordinateurs portables, téléviseurs et autres appareils électroniques

Protocole

1. Diviser le système multi-moléculaire en molécules individuelles

1. Générer la structure du système pour lequel l’excitonique Hamiltonian doit être construit dans le format de fichier moléculaire Tripos MOL2. Cette structure peut être un instantané d’une dynamique moléculaire ou de la simulation monte-Carlo du système.
2. Si toutes les molécules du système se composent du même nombre d’atomes, utilisez le script python 2.7 getMonomers.py pour générer des fichiers qui contiennent les coordonnées cartésiennes pour les atomes dans des molécules individuelles qui composent le système. Les molécules qui composent le système n’ont pas besoin d’être identique....

Résultats

Dans cette section, nous présentons des résultats représentatifs pour calculer le spectre d’absorption optique d’un agrégat de six molécules YLD 124, montré dans la figure 3a, où la structure de l’agrégat a été obtenue à partir d’une simulation à grain grossier Monte Carlo. YLD 124 est un chromophore prototypique de charge-transfert qui se compose d’un groupe de don d’électrons d’amine de diéthyle avec des groupes protecteurs tert-butyldimethylsilyl qui est connecté par un pont à l’.......

Discussion

La méthode présentée ici permet de multiples personnalisations. Par exemple, il est possible de modifier les paramètres des calculs DFT et TD-DFT, y compris la densité fonctionnelle, l’ensemble de base et la définition spécifique des charges de points atomiques.

L’utilisation de fonctions corrigées à longue portée, telles que le B97X, le B97XD ou le PBE, est recommandée afin d’obtenir des densités de transition raisonnables pour les transitions avec caractère de transfert de charge. Il peut êt.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
Gaussian 16, révision B1
Multiwfn version 3.3.8
Collection de compilateurs GNU version 9.2
python 2.7.0