有机晶体材料DAST和DSTMS的电子结构与光学性质

吴仁珍 方振兴 刘平 曹全贞 邱美 李奕 陈文凯 黄昕 章永凡

引用本文: 吴仁珍, 方振兴, 刘平, 曹全贞, 邱美, 李奕, 陈文凯, 黄昕, 章永凡. 有机晶体材料DAST和DSTMS的电子结构与光学性质[J]. 物理化学学报, 2013, 29(12): 2534-2542. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310292 shu
Citation:  WU Ren-Zhen, FANG Zhen-Xing, LIU Ping, CAO Quan-Zhen, QIU Mei, LI Yi, CHEN Wen-Kai, HUANG Xin, ZHANG Yong-Fan. Electronic Structures and Optical Properties of Organic DAST and DSTMS Crystal Materials[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(12): 2534-2542. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310292 shu

有机晶体材料DAST和DSTMS的电子结构与光学性质

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(90922022, 21373048) (90922022, 21373048)

    中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室开放基金(2012HCF05) (2012HCF05)

    福建省自然科学基金(2013J06004) (2013J06004)

    福州大学科技发展基金(2012-XQ-11)资助项目 (2012-XQ-11)

摘要:

采用基于赝势平面波基组的密度泛函理论(DFT)方法, 研究了有机晶体材料4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶对甲苯磺酸盐(DAST)和4-(4-二甲氨基苯乙烯基)甲基吡啶2, 4, 6-三甲基苯磺酸盐(DSTMS)的电子结构和光学性质. 结果表明, 两种化合物具有相似的能带结构, 其中价带顶和导带底分别含有较多二甲氨基和甲基吡啶中N原子的2p轨道成分. 在线性光学性质方面, 两种化合物具有较高的双折射率(Δn>0.5), 在中远红外区均具有较好的透过性能. 在二阶非线性光学性质方面, 该类晶体具有较强的二阶倍频(SHG)效应, 静态倍频系数d11约为150 pm·V-1. 由能带结构分析结果可知, 体系的SHG效应与推拉电子基团之间的电荷转移密切相关, 同时乙烯桥键在该电子转移过程中也起着重要作用.

English

    1. [1]

      (1) Hochberg, M.; Baehr-Jones, T.;Wang, G. X.; Shearn, M.;Harvard, K.; Luo, J. D.; Chen, B. Q.; Shi, Z.W.; Lawson, R.;Sullivan, P.; Jen, A. K. Y.; Dalton, L.; Scherer, A. Nat. Mater.2006, 5, 703. doi: 10.1038/nmat1719

      (1) Hochberg, M.; Baehr-Jones, T.;Wang, G. X.; Shearn, M.;Harvard, K.; Luo, J. D.; Chen, B. Q.; Shi, Z.W.; Lawson, R.;Sullivan, P.; Jen, A. K. Y.; Dalton, L.; Scherer, A. Nat. Mater.2006, 5, 703. doi: 10.1038/nmat1719

    2. [2]

      (2) Cheng, Y. J.; Luo, J. D.; Hau, S.; Bale, D. H.; Kim, T. D.; Shi, Z.W.; Lao, D. B.; Tucker, N. M.; Tian, Y. Q.; Dalton, L. R.; Reid,P. J.; Jen, A. K. Y. Chem. Mater. 2007, 19, 1154. doi: 10.1021/cm062340a(2) Cheng, Y. J.; Luo, J. D.; Hau, S.; Bale, D. H.; Kim, T. D.; Shi, Z.W.; Lao, D. B.; Tucker, N. M.; Tian, Y. Q.; Dalton, L. R.; Reid,P. J.; Jen, A. K. Y. Chem. Mater. 2007, 19, 1154. doi: 10.1021/cm062340a

    3. [3]

      (3) Kim, T. D.; Kang, J.W.; Luo, J. D.; Jang, S. H.; Ka, J.W.;Tucker, N.; Benedict, J. B.; Dalton, L. R.; Gray, T.; Overney, R.M.; Park, D. H.; Herman,W. N.; Jen, A. K. Y. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 488. doi: 10.1021/ja067970s(3) Kim, T. D.; Kang, J.W.; Luo, J. D.; Jang, S. H.; Ka, J.W.;Tucker, N.; Benedict, J. B.; Dalton, L. R.; Gray, T.; Overney, R.M.; Park, D. H.; Herman,W. N.; Jen, A. K. Y. J. Am. Chem. Soc.2007, 129, 488. doi: 10.1021/ja067970s

    4. [4]

      (4) Haja, H. A. S.; Yu,W. C.; Chen, Z. B.; Tai, C. Y.; Lan, C.W. J . Crystal Growth 2005, 282, 117. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2005.04.107(4) Haja, H. A. S.; Yu,W. C.; Chen, Z. B.; Tai, C. Y.; Lan, C.W. J . Crystal Growth 2005, 282, 117. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2005.04.107

    5. [5]

      (5) Meier, U.; Bösch, M.; Bosshard, C.; Pan, F.; Günter, P. J. Appl. Phys. 1998, 83, 3486. doi: 10.1063/1.366560(5) Meier, U.; Bösch, M.; Bosshard, C.; Pan, F.; Günter, P. J. Appl. Phys. 1998, 83, 3486. doi: 10.1063/1.366560

    6. [6]

      (6) Yang, Z.; Mutter, L.; Ruiz, B.; Aravazhi, S.; Stillhart, M.;Jazbinsek, M.; Gramlich, V.; Günter, P. Adv. Funct. Mater. 2007,17, 2018.(6) Yang, Z.; Mutter, L.; Ruiz, B.; Aravazhi, S.; Stillhart, M.;Jazbinsek, M.; Gramlich, V.; Günter, P. Adv. Funct. Mater. 2007,17, 2018.

    7. [7]

      (7) Figi, H.; Mutter, L.; Hunziker, C.; Jazbinaek, M.; Günter, P.;Coe, B. J. J. Opt. Soc. Am. B 2008, 25, 1786 . doi: 10.1364/JOSAB.25.001786(7) Figi, H.; Mutter, L.; Hunziker, C.; Jazbinaek, M.; Günter, P.;Coe, B. J. J. Opt. Soc. Am. B 2008, 25, 1786 . doi: 10.1364/JOSAB.25.001786

    8. [8]

      (8) Taniuchi, T.; Okada, S.; Nakanishi, H. Electronics Lett. 2004,40, 60. doi: 10.1049/el:20040036(8) Taniuchi, T.; Okada, S.; Nakanishi, H. Electronics Lett. 2004,40, 60. doi: 10.1049/el:20040036

    9. [9]

      (9) Yin, J.; Li, L.; Yang, Z.; Jazbinsek, M.; Tao, X.; Günter, P.;Yang, H. Dyes Pigments 2012, 94, 120. doi: 10.1016/j.dyepig.2011.12.004(9) Yin, J.; Li, L.; Yang, Z.; Jazbinsek, M.; Tao, X.; Günter, P.;Yang, H. Dyes Pigments 2012, 94, 120. doi: 10.1016/j.dyepig.2011.12.004

    10. [10]

      (10) Yang, Z.; Jazbinsek, M.; Ruiz, B.; Aravazhi, S.; Gramlich, V.;Günter, P. Chem. Mater. 2007, 19, 3512. doi: 10.1021/cm070764e(10) Yang, Z.; Jazbinsek, M.; Ruiz, B.; Aravazhi, S.; Gramlich, V.;Günter, P. Chem. Mater. 2007, 19, 3512. doi: 10.1021/cm070764e

    11. [11]

      (11) Li, Y.; Zhang, J.; Zhang, G.;Wu, L.; Fu, P.;Wu, Y. J. Crystal Growth 2011, 327, 127. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2011.05.005(11) Li, Y.; Zhang, J.; Zhang, G.;Wu, L.; Fu, P.;Wu, Y. J. Crystal Growth 2011, 327, 127. doi: 10.1016/j.jcrysgro.2011.05.005

    12. [12]

      (12) Saito, S.; Inerbaev, T. M.; Mizuseki, H.; Igarashi, N.; Kawazoe,Y. Chem. Phys. Lett. 2006, 432, 157. doi: 10.1016/j.cplett.2006.10.089(12) Saito, S.; Inerbaev, T. M.; Mizuseki, H.; Igarashi, N.; Kawazoe,Y. Chem. Phys. Lett. 2006, 432, 157. doi: 10.1016/j.cplett.2006.10.089

    13. [13]

      (13) Vijayakumar, T.; Hubert Joe, I.; Reghunadhan Nair, C. P.;Jazbinsek, M.; Jayakumar, V. S. J. Raman Spectroscopy 2009,40, 52. doi: 10.1002/jrs.v40:1(13) Vijayakumar, T.; Hubert Joe, I.; Reghunadhan Nair, C. P.;Jazbinsek, M.; Jayakumar, V. S. J. Raman Spectroscopy 2009,40, 52. doi: 10.1002/jrs.v40:1

    14. [14]

      (14) Hafner, J. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2044. doi: 10.1002/jcc.v29:13(14) Hafner, J. J. Comput. Chem. 2008, 29, 2044. doi: 10.1002/jcc.v29:13

    15. [15]

      (15) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996,77, 38.(15) Perdew, J. P.; Burke, K.; Ernzerhof, M. Phys. Rev. Lett. 1996,77, 38.

    16. [16]

      (16) Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787. doi: 10.1002/(16) Grimme, S. J. Comput. Chem. 2006, 27, 1787. doi: 10.1002/

    17. [17]

      (17) Kresse, G.; Furthmuller. J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15. doi: 10.1016/0927-0256(96)00008-0(17) Kresse, G.; Furthmuller. J. Comput. Mater. Sci. 1996, 6, 15. doi: 10.1016/0927-0256(96)00008-0

    18. [18]

      (18) Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169. doi: 10.1103/PhysRevB.54.11169(18) Kresse, G.; Furthmuller, J. Phys. Rev. B 1996, 54, 11169. doi: 10.1103/PhysRevB.54.11169

    19. [19]

      (19) Rashkeev, S. N.; Lambrecht,W. R. L.; Segall, B. Phys. Rev. B1998, 57, 3905.(19) Rashkeev, S. N.; Lambrecht,W. R. L.; Segall, B. Phys. Rev. B1998, 57, 3905.

    20. [20]

      (20) Ni, B. L.; Zhou, H. G.; Jiang, J. Q.; Li, Y.; Zhang, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3502. [倪碧莲, 周和根, 姜俊全,李奕, 章永凡. 物理化学学报, 2010, 26, 3052.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101115(20) Ni, B. L.; Zhou, H. G.; Jiang, J. Q.; Li, Y.; Zhang, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26, 3502. [倪碧莲, 周和根, 姜俊全,李奕, 章永凡. 物理化学学报, 2010, 26, 3052.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20101115

    21. [21]

      (21) Zhou, H. G.; Chen, H.; Chen, D.; Li, Y.; Ding, K. N.; Huang,X.; Zhang, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2805. [周和根, 陈虹, 陈懂, 李奕, 丁开宁, 黄昕, 章永凡. 物理化学学报, 2011, 27, 2805.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112805(21) Zhou, H. G.; Chen, H.; Chen, D.; Li, Y.; Ding, K. N.; Huang,X.; Zhang, Y. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 2805. [周和根, 陈虹, 陈懂, 李奕, 丁开宁, 黄昕, 章永凡. 物理化学学报, 2011, 27, 2805.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20112805

    22. [22]

      (22) Huang, Y. Z.;Wu, L. M.;Wu, X. T.; Li, L. H.; Chen, L.; Zhang,Y. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12788. doi: 10.1021/ja106066k(22) Huang, Y. Z.;Wu, L. M.;Wu, X. T.; Li, L. H.; Chen, L.; Zhang,Y. F. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 12788. doi: 10.1021/ja106066k

    23. [23]

      (23) Zhao, H. J.; Zhang, Y. F.; Chen, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134,1993. doi: 10.1021/ja2109008(23) Zhao, H. J.; Zhang, Y. F.; Chen, L. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134,1993. doi: 10.1021/ja2109008

    24. [24]

      (24) Chen, D.; Xiao, H. Y.; Jia,W.; Chen, H.; Zhou, H. G.; Li, Y.;Ding, K. N.; Zhang, Y. F. Acta Phys. Sin. 2012, 61, 127103.[陈懂, 肖河阳, 加伟, 陈虹, 周和根, 李奕, 丁开宁, 章永凡. 物理学报, 2012, 61, 127103.](24) Chen, D.; Xiao, H. Y.; Jia,W.; Chen, H.; Zhou, H. G.; Li, Y.;Ding, K. N.; Zhang, Y. F. Acta Phys. Sin. 2012, 61, 127103.[陈懂, 肖河阳, 加伟, 陈虹, 周和根, 李奕, 丁开宁, 章永凡. 物理学报, 2012, 61, 127103.]

    25. [25]

      (25) Reshak,A. H.; Kamarudin, H.;Auluck S. J. Phys. Chem. B 2012,116, 4677. doi: 10.1021/jp3003036(25) Reshak,A. H.; Kamarudin, H.;Auluck S. J. Phys. Chem. B 2012,116, 4677. doi: 10.1021/jp3003036

    26. [26]

      (26) Luo, S. J.; Yang, J. T.; Du,W. F.; Laref, A. J. Phys. Chem. A2011, 115, 5192. doi: 10.1021/jp200164s(26) Luo, S. J.; Yang, J. T.; Du,W. F.; Laref, A. J. Phys. Chem. A2011, 115, 5192. doi: 10.1021/jp200164s

    27. [27]

      (27) Bauerle, D.; Betzler, K.; Hesse, H.; Kapphan, S.; Loose, P. Phys. Status Solidi A 1977, 42, 119.(27) Bauerle, D.; Betzler, K.; Hesse, H.; Kapphan, S.; Loose, P. Phys. Status Solidi A 1977, 42, 119.

    28. [28]

      (28) Levine, Z. H.; Allan, D. C. Phys. Rev. B 1993, 48, 7783. doi: 10.1103/PhysRevB.48.7783(28) Levine, Z. H.; Allan, D. C. Phys. Rev. B 1993, 48, 7783. doi: 10.1103/PhysRevB.48.7783

    29. [29]

      (29) Lin, Z. S.;Wang, Z. Z.; Chen, C. T. J. Chem. Phys. 2003, 118,2349. doi: 10.1063/1.1533734(29) Lin, Z. S.;Wang, Z. Z.; Chen, C. T. J. Chem. Phys. 2003, 118,2349. doi: 10.1063/1.1533734

    30. [30]

      (30) Zyss, J.; Berthier, G. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3635. doi: 10.1063/1.444266(30) Zyss, J.; Berthier, G. J. Chem. Phys. 1982, 77, 3635. doi: 10.1063/1.444266

    31. [31]

      (31) dby, R.W.; Schluter, M.; Sham, L. J. Phys. Rev. B 1988, 37,10159. doi: 10.1103/PhysRevB.37.10159(31) dby, R.W.; Schluter, M.; Sham, L. J. Phys. Rev. B 1988, 37,10159. doi: 10.1103/PhysRevB.37.10159

    32. [32]

      (32) Xiao, C. Synthsis and Characterization of Organic NonlinearOptical material of Novel Pyridinium Salts. Ph. D. Dissertation,Harbin University of Science and Technology, Harbin, 2009.[肖翠. 新型吡啶盐类有机非线性光学材料的合成和表征[D]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2009.](32) Xiao, C. Synthsis and Characterization of Organic NonlinearOptical material of Novel Pyridinium Salts. Ph. D. Dissertation,Harbin University of Science and Technology, Harbin, 2009.[肖翠. 新型吡啶盐类有机非线性光学材料的合成和表征[D]. 哈尔滨: 哈尔滨理工大学, 2009.]

    33. [33]

      (33) Zheng, Z. Y.; Zhao, J. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1809.[郑朝阳, 赵纪军. 物理化学学报, 2012, 28, 1809.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201205242(33) Zheng, Z. Y.; Zhao, J. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 1809.[郑朝阳, 赵纪军. 物理化学学报, 2012, 28, 1809.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201205242

    34. [34]

      (34) Hann, R. A.; Bloor, D. Organic Materials for Non-linear Optics II; Royal Society of Chemistry: Great Britain, 1991, pp 108-114.(34) Hann, R. A.; Bloor, D. Organic Materials for Non-linear Optics II; Royal Society of Chemistry: Great Britain, 1991, pp 108-114.

    35. [35]

      (35) Mutter, L. Nonlinear Optical Organic Crystals for PhotonicApplications. Ph. D. Dissertation, ETH Zurich, Switzerland,2007.(35) Mutter, L. Nonlinear Optical Organic Crystals for PhotonicApplications. Ph. D. Dissertation, ETH Zurich, Switzerland,2007.

    36. [36]

      (36) Knöpfle, G.; Schlesser, R.; Ducret, R.; Günter, P. Nonlinear Opt.1995, 9, 143.(36) Knöpfle, G.; Schlesser, R.; Ducret, R.; Günter, P. Nonlinear Opt.1995, 9, 143.

    37. [37]

      (37) Mutter, L.; Brunner, F. D. J.; Yang, Z.; Jazbinsek, M.; Günter, P.J. Opt. Soc. Am. B 2007, 24, 2556. doi: 10.1364/JOSAB.24.002556

      (37) Mutter, L.; Brunner, F. D. J.; Yang, Z.; Jazbinsek, M.; Günter, P.J. Opt. Soc. Am. B 2007, 24, 2556. doi: 10.1364/JOSAB.24.002556

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  917
  • 文章访问数:  1402
  • HTML全文浏览量:  37
文章相关
  • 发布日期:  2013-11-28
  • 收稿日期:  2013-07-09
  • 网络出版日期:  2013-10-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章