分子・高分子・固体の非線形光学特性

分子、聚合物和固体的非线性光学特性

基本信息

批准号：
01F00763
负责人：
青木百合子
金额：
$ 0.51万
依托单位：
Hiroshima University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2002
项目状态：
已结题

项目摘要

高分子の光学材料の開発においてとりわけ重要な意味をもつ非線形光学現象に対し、非経験的および半経験的分子軌道法を用いた取り扱い方法を、周期性および非周期性高分子に対して開発してきた。周期性高分子に対しては、ポリジアセチレンおよびポリブタトリエンの超分極率を、周期境界条件に基づくCoupled Perurbed Hartree-Fock (CPHF)法により取り扱った。一次の分極率および三次の静的および動的超分極率を、種々の基底関数により計算し、結合交替との関係を調べた。一方、ドーパントが加わった摂動系やPush-Pull系などの非周期性高分子に対しては、未だ扱う方法がなかった。そこで、当研究グループが以前より開発してきたランダム高分子の電子状態の理論的合成法-Elongation法に、超分極率計算プログラムに組み込んで、効率よく非線形光学現象に関する計算ができるよう発展させた。一つは、Finite Field (FF)法により系のハミルトニアンに最初から電場の効果を含めてElongation法を適用するFF-Elongation法で、プログラム開発は終了し、水素分子や水クラスター、ポリアセチレン等に適用を行い良好な結果を得たため、既に論文にまとめ、間もなく投稿する段階である。他の方法は、CPHF法により、電場の効果を摂動により取り込むCPHF-Elongation法である。まず、Elongation法で高分子鎖の電子状態を求めておいてから、超分極率計算プログラムに通して、全系の波動関数を使って超分極を求める手法は完了し、既にいくつかのポリアセチレンにおけるPush-Pull系に適用を行った。さらに、局所状態密度も求め、局所バンド構造と超分極率との関係も検討できるように発展させた。しかし、計算効率をあげるためには、高分子鎖をElongation法により伸長する過程で得られた局在化分子軌道を基底に摂動計算を実行する方法を確立必要がある。すなわち、如何にして一次および二次の摂動密度行列を正しく求めていくかが問題であるが、方法論についてはほぼ見通しがつき、プログラム化を行っている段階である。この方法の発展については、今後も共同研究で進める予定である。

我们开发了处理非线性光学现象的方法，这对于光学聚合物材料的开发特别重要，使用周期性和非周期性聚合物的从头计算和半经验分子轨道方法。对于周期性聚合物，基于周期性边界条件，采用耦合扰动Hartree-Fock（CPHF）方法处理聚二乙炔和聚丁三烯的超极化性。使用各种基函数计算了一阶极化率和三阶静态和动态超极化率，并研究了它们与键交替的关系。另一方面，仍然没有方法来处理非周期性聚合物，例如带有掺杂剂的扰动系统或推拉系统。因此，我们将课题组之前开发的无规聚合物电子态的理论合成方法——伸长法融入到超极化率计算程序中，并开发它来有效计算非线性光学现象。一种是FF-Elongation方法，利用有限场（FF）方法，从一开始就包含电场的影响，将伸长方法应用于系统的哈密顿量。程序开发已经完成，可以应用于氢分子、水团簇、聚乙炔等。由于我们取得了很好的结果，我们已经将结果总结成一篇论文，并计划很快提交。另一种方法是 CPHF-Elongation 方法，该方法使用 CPHF 方法通过扰动结合电场的影响。首先，使用伸长法确定聚合物链的电子状态，然后使用超极化率计算程序，利用整个系统的波函数来计算超极化率。此外，还确定了局域态密度，并研究了局域能带结构和超极化率之间的关系。然而，为了提高计算效率，有必要建立一种方法，根据伸长法在聚合物链伸长过程中获得的局域分子轨道进行微扰计算。换句话说，问题是如何正确获得一阶和二阶扰动密度矩阵，但我们对方法论已经有了差不多清晰的想法，目前正在对其进行编程。我们计划通过联合研究继续开发这种方法。