原子掺杂碳纳米分子及黑磷量子点的非线性光学性质的理论研究.pdf

原子掺杂碳纳米分子及黑磷量子点的非线性光学性质的理论研究 中文摘要 由于非线性光学材料在光数据存储、传输、动态图像处理和其他激光设备领域具有 广泛的应用，已经成为先进功能材料中最引人注目的材料之一。科研工作者为寻找高性 能的新型NLO 材料付出了很多努力。本文通过(超)碱金属掺杂碳纳米分子和黑磷量子 点设计出新型非线性光学分子，应用密度泛函理论(DFT)方法，系统的研究了这些体系 的几何结构、电学性质以及非线性光学性质。论文具体工作内容如下： 1. 基于密度泛函理论计算，研究了BP-(B N ) 和Li@BP-(B N ) (n = 1–4)体系的 3 3 n 3 3 n 非线性光学性质。当联苯烯(BP)中的碳环被B N 单元取代时，体系的第一超极化率β 3 3 B N β Li 会增大，并且 3 3 单元的位置和数量对 值具有重要影响。此外，当一个 原子掺杂 在B N 取代的BP 表面时，这些体系的β 值会进一步提高。研究还表明，小的跃迁能是 3 3 大的β 值的决定性因素。这些发现可能为设计基于BP 纳米片的新型高性能NLO 材料提 供有价值的理论指导。 2. 利用密度泛函理论方法，设计并研究了一类新型石墨炔超碱金属化合物，即 + – OM @GYs (M = Li,Na,K;GYs = GY, GDY, GTY)。计算结果表明，由于电子从OM 3 3 转移到GYs，这些具有高稳定性的化合物可以看作是石墨炔的新型超碱金属盐。对于二  阶非线性光学响应，超碱金属盐表现出较大的 值。超碱金属中碱金属原子序数和石墨  炔的孔径是影响 值的两个重要因素。此外，这些石墨炔超碱金属盐具有深紫外光工作 区域，可以认为是一种新型的高性能深紫外NLO 分子。 3. 在密度泛函理论基础上进行了量子化学计算，主要研究了碱金属和碱土金属原子 掺杂的黑磷量子点(BPQDs)体系的电子和非线性光学性质。由于电子从金属原子转移到 BPQDs (γ ) ，因此这些金属掺杂化合物可以表现出相当大的第二超极化率 ，范围为 -33 -33   0.81 1 ~ 3.94 1 esu.。金属原子类型和量子点尺寸对体系的NLO 响应均有较大影 响。碱金属掺杂的BPQDs 体系比碱土掺杂的体系具有更大的γ 值。较重的K 原子掺杂 -33 BPQDs γ 3.94×1 esu 在较大的 表面可获得最大的 值，为 。这些掺杂金属的化合物在 波长小于2 nm 处具有深紫外透明区域，因此是新型深紫外NLO 分子候选者。 Ⅰ 目 录 中文摘要I ABSTRACTⅢ 1 绪论1 1.1 非线性光学 1 1.1.1 非线性光学发现1 1.1.2 非线性光学材料1 1.1.3 非线性光学的发展3 1.2 超极化率3 1.3 论文主要研究内容4 2 理论基础和计算方法7 2.1 密度泛函理论7