金屬酞菁的光物理性質(zhì)研究.pdf

1、新型材料的合成、表征和性能的優(yōu)化是材料科學(xué)研究的重要內(nèi)容，對當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了極其重要的基礎(chǔ)。對光信息、光電子學(xué)和醫(yī)療健康等領(lǐng)域來講，材料的光學(xué)性能、超快光動力學(xué)和三階非線性光學(xué)性能對實(shí)際應(yīng)用具有關(guān)鍵性的意義。金屬有機(jī)物被視為是一種具有特殊性質(zhì)的材料，例如金屬酞菁，本論文通過實(shí)驗(yàn)和計(jì)算兩方面對金屬酞菁進(jìn)行了研究。我們采用的實(shí)驗(yàn)研究手段包括吸收光譜、飛秒泵浦一探測、光克爾效應(yīng)(OKE)和z—sc鋤技術(shù)，而采用的計(jì)算方法則有Hartr

2、ee-Fook(HF)、時間相關(guān)密度泛函理論(TD—DFT)、有限場理論(阡)和態(tài)求和(SOS)方法等。本論文說明了各種因素，如外圍取代、中心取代、二聚化、多聚體連接等，對材料吸收譜、超快動力學(xué)和三階光學(xué)非線性效應(yīng)的影響。取得的主要創(chuàng)新性結(jié)果如下： 1．通過可見吸收譜的研究，探求了外圍取代等對金屬酞菁溶液吸收譜和薄膜吸收譜的影響。在金屬酞菁制備成薄膜時，它們會趨向于形成規(guī)則排列的分子晶體，受分子間相互作用的影響，它的吸收帶會紅移

3、。通過加入分子周邊取代和中心取代，從而引入空間位阻效應(yīng)使薄膜的結(jié)構(gòu)變?yōu)榉嵌ㄐ危憩F(xiàn)在其吸收帶的線寬變窄，紅移變小。另外，由Hanree—F∞k(嚇)優(yōu)化金屬酞菁的結(jié)構(gòu)，可以明了中心離子、中心取代基等對分子結(jié)構(gòu)的影響，而時間相關(guān)的密度泛函理論(TD-DFT)對激發(fā)態(tài)的計(jì)算則可模擬這些金屬酞菁的吸收譜。 2．由超快動力學(xué)(飛秒泵浦一探測等實(shí)驗(yàn))揭示的薄膜內(nèi)的激子行為是雙分子過程和單分子過程的結(jié)合，例如激子一激子湮滅和系間交叉過程。我

4、們的研究結(jié)果表明：金屬酞菁的不同結(jié)構(gòu)對這些過程有明顯的影響，通過分析超快動力學(xué)揭示了其中聯(lián)系。在金屬酞菁薄膜中，F(xiàn)renkel激子和CT激子都有可能存在，并且表現(xiàn)不同的弛豫行為。這兩種激子在一種基于勢能曲線的模型上看，區(qū)別在于激發(fā)態(tài)電子是否能夠躍過分子間勢壘，而分子間距和激發(fā)光子能量決定了這個因素。正如分子間距可以通過引入外圍取代基來控制，F(xiàn)renkel激子和凹激子的主導(dǎo)地位也可以通過引入外圍取代基來控制。通過HF方法優(yōu)化正負(fù)離子等的結(jié)

5、構(gòu)和用TD—DFT計(jì)算激發(fā)態(tài)，模擬計(jì)算了Frenkel和CT激子的吸收譜，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的良好一致性證明了上述的模型。 3．材料的三階光學(xué)非線性系數(shù)可以通過光學(xué)克爾(OKE)效應(yīng)和z—scan等實(shí)驗(yàn)來研究，也可以通過有限場(FF)方法和態(tài)求和(SOS)方法來計(jì)算。通過這些研究，我們發(fā)現(xiàn)中心金屬原子、二聚化等對酞菁分子的三階光學(xué)非線性有很大的影響。特別地，發(fā)現(xiàn)對于同一族金屬，帶有越大金屬原子的酞菁具有越大的三階光學(xué)非線性系數(shù)，而相對論