分枝结构对以N 为耦合中心的多分枝分子的双光子吸收性质 - 中国科学.PDF

中国科学 B 辑: 化学 2007 年 第37 卷 第6 期: 564~568 SCIENCE IN CHINA PRESS 分枝结构对以N 为耦合中心的多分枝分子的 双光子吸收性质的影响 ① ①* ① ② ① 孙学勤 赵 显 周树兰 李百东 程秀凤 (① 山东大学晶体材料国家重点实验室, 济南 250100; ② 山东省科技厅, 济南 250011) 摘要 采用ZINDO/SOS 方法, 研究了以N 原子为耦合中心, 以二苯乙烯类、噻吩类和芴类分 子作为分枝的分子的双光子吸收性质, 从而研究了分枝结构对多分枝分子的双光子吸收性质的 影响. 结果表明分枝结构会影响分枝之间耦合作用的强弱, 因而对分子的双光子吸收性质具有重 要影响. 所设计的分子中以二苯乙烯类和噻吩类分子作为分枝的多分枝分子具有较大的双光子 吸收截面. 关键词 分枝结构 双光子吸收性质 ZINDO/SOS 多分枝分子 早在 1931 年, Göpper-Mayer[1]首先从理论上预测 从理论计算和实验方面对于二苯乙烯类有机双光子 双光子吸收过程的存在, 并利用量子力学基本原理 吸收分子的结构进行了优化设计, 他们利用三能级 对双光子吸收过程进行了研究. 双光子吸收材料在 模型, 计算了具有对称性一系列分子的双光子吸收 光电、信息、医学等方面具有广泛的应用, 如: 双光 截面, 结果表明此类分子具有较大的双光子吸收截 子上转换激光器 [2~5] 、双光子三维微加工 [6~8] 、光限 面. 但是, 关于分枝结构对多分枝分子的双光子吸收 幅 [9~11] 、双光子光动力学治疗 [12,13] 、双光子高密度 性质影响缺乏系统的研究, 因此, 本文以N 原子作为 存储等 [14,15]. 双光子吸收应用的关键是具有大的双 耦合中心, 以二苯乙烯类、噻吩类和芴类分子作为分 光子吸收截面的有机材料的合成, 因此有机材料的双 枝设计了一系列具有三分枝结构的分子, 采用态收 光子吸收性质－结构关系引起了研究者的广泛关注 敛的ZINDO/SOS, 单双重电子组态相互作用(SDCI) [16~22]. 具有多分枝结构的分子的结构性质关系成为 方法研究分子的双光子吸收性质, 从而探索分枝结 近年来研究的热点之一 [23~32]. Prasad等[23] 的研究表明 构对多分枝分子的双光子吸收性质的影响. 多分枝结构比其单分枝结构有利于分子的双光子吸 收截面的增大. Macak等 [24]用响应理论方法研究了多 1 理论方法 分枝结构中各分枝之间的电子耦合和振动耦合作用, 有机分子的双光子吸收截面与分子的三阶非线 并指出振动耦合作用对多分枝分子的双光子吸收截 性光学系数的虚部成正比, 并满足如下关系: 面的协同加强具有重要贡献. Zhou等 [25]用ZINDO- 2 2 4 8π ћω L Im ; , , , δTPA 2 2 γ ijkl (=−ω ω ω −ω ) (1) SOS方法对有机分子的单光子和双光子吸收性质进行