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三类重要有机化合物非线性光学性质的理论研究

曾薇  
【摘要】: 非线性光学材料因具有较高的非线性光学系数而备受关注。而有机材料较无机材料有更好的光学性能,所以有机化合物的非线性光学性质成为当今实验和理论工作者的主要研究对象。本文主要对有机化合物的非线性光学性质进行了理论研究,考察影响其计算结果的各类因素,从理论上支持实验,并做出适当的推论以供参考。 含金属(Au、Ni、Pd、Pt)的有机配合物金属原子的d轨道可与有机配体的π轨道形成d—π共轭体系,同时过渡金属的多价态,外围配体易修饰,这些特点使得对含金属的有机配合物的研究很有意义。在考虑相对论效应下,在相应的水平进行优化,得到稳定的构型,在此基础上用MP2和HF方法和不同的基组对各配合物的非线性光学性质进行计算,得到的非线性光学性质结果较好,通过对比表明方法、基组、配体对计算的结果有较明显的影响。 不含金属的有机化合物在实验上的研究较多,种类也很广泛。卟啉类化合物在医学方面应用较广,它较好的共轭性分子结构使得具有较好的非线性光学性质,在B3LYP/6-31+G*水平计算六个5,10,15,20-四苯基卟啉类化合物的电子光谱和三阶非线性光学性质。通过计算表明卟啉环上的取代基不同三阶非线性光学性质也明显不同。 无偶极矩的八极分子虽然偶极矩为零,一阶超极化率张量收缩的矢量值也是零,但一阶超极化率张量的某些分量却可以有较大的数值,所以也是一个很好的研究对象。我们先在HF/D95V水平计算了一阶超极化率,比较好地重现了实验值的变化趋势。然后根据模型分子的计算,考察了电子相关效应和溶剂效应对分子非线性光学性质的影响。在假设电子相关效应和溶剂效应对相似体系的超极化率的影响幅度有相似性的基础上,粗略估计了这四个大的八极分子的一阶超极化率,得到与实验值趋势一致的结果。 长链聚合物是最早被研究非线性光学性质的有机物之一,因为具有较好的共轭性、在宽频率范围内具有强的电响应和快速响应时间而得到了人们的广泛关注,我们以aug-cc-pVTZ基组作为标准,用不同大小的基组分别对一系列长链共轭化合物的非线性光学性质进行计算,并对基组进行逐一的比较、筛选,最后得到了较小的且计算结果较好的6-31+G*基组。在计算中还发现在计算不对称长链聚合物时,在HF和MP2水平下计算得到的一阶超极化率有显著的不同,所以进行相关效应的计算是必须的。


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