Hamiltoniani eccitonici per il calcolo degli spettri di assorbimento ottico e delle proprietà optoelettroniche di aggregati e solidi molecolari

Sommario

Qui presentiamo un protocollo per la parametrizzazione di un hamiltoniano eccitano aggrovigliato per il calcolo degli spettri di assorbimento ottico e delle proprietà optoelettroniche dei materiali molecolari dai calcoli chimici quantistici dei primi principi.

Abstract

La progettazione razionale di aggregati molecolari disordinati e solidi per applicazioni optoelettroniche si basa sulla nostra capacità di prevedere le proprietà di tali materiali utilizzando metodi teorici e computazionali. Tuttavia, i grandi sistemi molecolari in cui il disordine è troppo significativo per essere considerato nel limite perturbativo non possono essere descritti usando né i primi principi della chimica quantistica né della teoria delle bande. La modellazione multiscala è un approccio promettente per comprendere e ottimizzare le proprietà optoelettroniche di tali sistemi. Utilizza metodi chimici quantistici di primo principio per calcolare le proprietà delle singole molecole, quindi costruisce il modello Hamiltoniani di aggregati molecolari o materiali sfusi sulla base di questi calcoli. In questo articolo, presentiamo un protocollo per la costruzione di un Hamiltoniano legato che rappresenta gli stati eccitati di un materiale molecolare sulla base degli eccitoni Frenckel: coppie elettrone-foro localizzate su singole molecole che compongono il materiale. La parametrizzazione hamiltoniana qui proposta spiega gli accoppiamenti eccitonici tra le molecole, nonché la polarizzazione elettrostatica della densità elettronica su una molecola mediante la distribuzione di carica sulle molecole circostanti. Tali Hamiltoniani modello possono essere utilizzati per calcolare gli spettri di assorbimento ottico e altre proprietà optoelettroniche di aggregati molecolari e solidi.

Introduzione

Negli ultimi due decenni, solidi e film fatti di molecole organiche aggregate hanno trovato più applicazioni nei dispositivi optoelettronici. I dispositivi basati su tali materiali hanno molte proprietà interessanti, tra cui peso ridotto, flessibilità, basso consumo energetico e potenziale di produzione a basso costo utilizzando la stampa a getto d'inchiostro. I display basati su diodi a emissione di luce organica (OLED) stanno sostituendo i display cristallini liquidi come allo stato dell'arte per telefoni cellulari, computer portatili, televisori e altri dispositivi elettronici^1,2,

Protocollo

1. Dividere il sistema multimolecolare in singole molecole

1. Generare la struttura del sistema per il quale l'Hamiltoniano eccitano deve essere costruito in formato di file molecolare Tripos MOL2. Questa struttura può essere un'istantanea da una dinamica molecolare o una simulazione Monte Carlo del sistema.
2. Se tutte le molecole del sistema sono costituite dallo stesso numero di atomi, utilizzare lo script python 2.7 getMonomers.py per generare file che contengono le coordinate cartesiane per gli atomi in singole molecole che compongono il sistema. Le molecole che compongono il sistema non devono essere identiche (ad esempio, possono essere isomeri). ....

Risultati

In questa sezione presentiamo risultati rappresentativi per il calcolo dello spettro di assorbimento ottico di un aggregato di sei molecole YLD 124, mostrato nella Figura 3a,dove la struttura dell'aggregato è stata ottenuta da una simulazione Monte Carlo a grana grossa. YLD 124 è un prototipo di cromooforo di trasferimento di carica che consiste in un gruppo di amine di etilio che dona elettroni con gruppi di protezione del tert-butyldimethylsilyl che è collegato tramite un - ponte .......

Discussione

Il metodo qui presentato consente personalizzazioni multiple. Ad esempio, è possibile modificare i parametri dei calcoli DFT e TD-DFT, tra cui la densità funzionale, il set di basi e la definizione specifica delle cariche dei punti atomici.

Si consiglia di utilizzare funzioni corrette a lungo raggio, ad esempio "B97X", "B97XD" o "B97XD", per ottenere densità di transizione ragionevoli per le transizioni con carattere di trasferimento di carica. Può essere interessante studiare in che misura la.......

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo

Nome	Azienda	Numero di catalogo	Commenti
Gaussian 16, revisione B1
Multiwfn versione 3.3.8
Collezione di compilatori GNU versione 9.2
python 2.7.0