Aquí, presentamos un protocolo para parametrizar un Hamiltoniano excitónico de fijación apretada para calcular espectros de absorción óptica y propiedades optoelectrónicas de materiales moleculares a partir de cálculos químicos cuánticos de primeros principios.
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Artículo de método
Hamiltonianos excitónicos para calcular espectros de absorción óptica y propiedades optoelectrónicas de agregados y sólidos moleculares
En este artículo
Resumen
Resumen
El diseño racional de agregados moleculares desordenados y sólidos para aplicaciones optoelectrónicas se basa en nuestra capacidad para predecir las propiedades de dichos materiales utilizando métodos teóricos y computacionales. Sin embargo, los grandes sistemas moleculares donde el trastorno es demasiado significativo para ser considerado en el límite perturbativo no pueden describirse utilizando la primera química cuántica de principios o la teoría de la banda. El modelado multiescala es un enfoque prometedor para comprender y optimizar las propiedades optoelectrónicas de estos sistemas. Utiliza métodos químicos cuánticos de primeros principios para calcular las propiedades de moléculas individuales, luego construye modelos Hamiltonianos de agregados moleculares o materiales a granel basados en estos cálculos. En este artículo, presentamos un protocolo para la construcción de un Hamiltoniano de fijación ajustada que representa los estados excitados de un material molecular en la base de Frenckel excitons: pares de electrones-agujero que se localizan en moléculas individuales que componen el material. La parametrización hamiltoniana propuesta aquí explica los acoplamientos excitónicos entre moléculas, así como la polarización electrostática de la densidad de electrones en una molécula por la distribución de carga en las moléculas circundantes. Este modelo Hamiltonianos se puede utilizar para calcular espectros de absorción óptica y otras propiedades optoelectrónicas de agregados moleculares y sólidos.
Introducción
En las últimas dos décadas, sólidos y películas que están hechas de moléculas orgánicas agregadas han encontrado múltiples aplicaciones en dispositivos optoelectrónicos. Los dispositivos basados en estos materiales tienen muchas propiedades atractivas, incluyendo peso pequeño, flexibilidad, bajo consumo de energía y potencial de producción barata utilizando la impresión de inyección de tinta. Las pantallas basadas en diodos orgánicos emisores de luz (OLED) están reemplazando las pantallas cristalinas líquidas como estado de la técnica para teléfonos móviles, portátiles, televisores y otros dispositivos electrónicos1,
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Protocolo
1. Dividir el sistema multimolecular en moléculas individuales
- Generar la estructura del sistema para el que el Hamiltoniano excitónico necesita ser construido en formato de archivo molecular TRIPos MOL2. Esta estructura puede ser una instantánea de una dinámica molecular o simulación Monte Carlo del sistema.
- Si todas las moléculas del sistema consisten en el mismo número de átomos, utilice el script python 2.7 getMonomers.py para generar archivos que contengan las coordenadas cartesianas de los átomos en moléculas individuales que componen el sistema. Las moléculas que componen el sistema no tienen que ser idénticas (por ejemplo, pueden ser isómer....
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Resultados
En esta sección presentamos resultados representativos para calcular el espectro de absorción óptica de un agregado de seis moléculas YLD 124, que se muestran en la Figura 3a,donde la estructura del agregado se obtuvo de una simulación Monte Carlo de grano grueso. YLD 124 es un cromóforo prototípico de transferencia de carga que consiste en un grupo de donación de electrones de amina dietil con grupos protectores de tert-butyldimethylsilyl que está conectado a través de un puente co.......
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Discusión
El método que se presenta aquí permite múltiples personalizaciones. Por ejemplo, es posible modificar los parámetros de los cálculos DFT y TD-DFT, incluyendo la densidad funcional, el conjunto de bases y la definición específica de las cargas de punto atómico.
Se recomienda utilizar funciones de largo alcance corregidas, como por ejemplo, b97X, B97XD o PBE, con el fin de obtener densidades de transición razonables para transiciones con carácter de transferencia de carga. Puede ser interesante .......
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Divulgaciones
Los autores no revelan conflictos de intereses.
Agradecimientos
Agradecemos al Dr. Andreas Tillack (Laboratorio Nacional Oak Ridge), al Dr. Lewis Johnson (Universidad de Washington) y al Dr. Bruce Robinson (Universidad de Washington) por desarrollar el programa de simulaciones de Monte Carlo de grano grueso que se utilizó para generar la estructura del sistema molecular presentado en la sección de Resultados Representativos. A.A.K. y P.F.G. cuentan con el apoyo de un premio de investigación colaborativa de la Facultad de Ciencias de la CSU East Bay. M.H. cuenta con el apoyo de una beca Forever Pioneer del Center for Student Research, CSU East Bay. C.M.I. y S.S. cuentan con el apoyo del Departamento de Defensa de los Estados Unidos....
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Materiales
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Gaussian 16, revisión B1 | |||
| Multiwfn versión 3.3.8 | |||
| Colección de compiladores GNU versión 9.2 | |||
| python 2.7.0 |
Referencias
- Tsujimura, T. OLED Display Fundamentals and Applications, 2nd Ed. , Wiley. Hoboken, NJ. (2017).
- Barnes, D. LCD or OLED: Who Wins. SID Symposium Digest of Technical Papers. 44 (1), 26-27 (2013).
- Mizukami, M., et al.
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Reimpresiones y permisos
