非線形光学応答を向上させるためのいくつかのプッシュプル構成の中での中心コア修飾の影響を探る

Exploring the impact of central core modifications among several push-pull configurations to enhance nonlinear optical response.

• Aqsa Saeed
• Shabbir Muhammad
• Shafiq-Ur Rehman
• Shamsa Bibi
• Abdullah G Al-Sehemi
• Muhammad Khalid

抄録

本研究では、4,4'-ジメチルジフェニルアミンをドナーとして、4,4'-ジニトロジフェニルボランをアクセプターとして含む一連の新規なドナー-π-アクセプター(D-π-A)分子を、異なるπ-架橋は、それらの間の効率的なリンカーとして、1,2,3系列の化合物について、それぞれ(-HCCH-), (-Ph-), (-Ph ̶ HCCH-)の組み合わせで構成されています。線形偏光度(α),第一偏光度(β),第二偏光度(γ)の計算に量子化学計算を適用した。πリンカーの違いによるNLO偏光度の増加を考慮して比較分析を行った。調査した化合物の中で、3cは、それぞれ1378×10及び34971×10esuという最大の第一及び第二の超偏光度を示した。興味深いことに、π共役架橋を変化させることでNLOの偏光度が増加し、(Ph ̶ HCCH-)πリンカーを持つ3系で最大のNLO偏光度が観測されたが、これは遷移エネルギーが低く振動子強度が高いためであることがわかった。さらに、TD-DFT、フロンティア分子軌道(FMO)、電子密度差(EDD)マップ解析により、(Ph ̶ HCCH-)πリンカーを介したドナーからアクセプターへのより効率的な分子内電荷移動特性が示されました。状態密度マップは、分子系の異なるフラグメントからの電子状態の寄与を明示的に示しており、(Ph ̶ HCCH-)π-リンカーの部分的な寄与がHOMO-LUMO軌道において顕著であることを示しています。このように、我々の研究は、本研究で議論されているように、異なるタイプのπ共役コアを持つ異なるD-π-A発色団の重要性を明らかにするものであると考えられる。

The present study explores a series of novel donor-π-acceptor (D-π-A) molecules containing 4,4'-dimethyldiphenylamine moiety as donor, 4,4'-dinitrodiphenylborane as acceptor while different π-bridges as efficient linkers between them, which comprises of (-HCCH-), (-Ph-) and (-Ph ̶ HCCH-) combinations for compounds in series 1, 2 and 3, respectively. Quantum chemical computations are applied to calculate the linear polarizability (α), first (β) and second (γ) hyperpolarizabilities. A comparative analysis is performed considering an increase of NLO polarizabilities as a function of different π-linkers. Among the investigated compounds, 3c shows the largest first and second hyperpolarizabilities of 1378 × 10 and 34971 × 10 esu, respectively. Interestingly, an increase in NLO polarizability is observed by modifying the π-conjugated bridges and the largest NLO polarizability is observed for series 3 possessing (Ph ̶ HCCH-) π-linker which is found due to its lower transition energy and higher oscillator strengths. Furthermore, TD-DFT investigations, frontier molecular orbitals (FMOs) and electron density difference (EDD) maps analysis have shown a more efficient intramolecular charge transfer character from donor to acceptor moieties through (Ph ̶ HCCH-) π-linkers. The density of states (DOS) maps are showing explicit contributions of electronic states from different fragments of a molecular system where the partial contributions of (Ph ̶ HCCH-) π-linkers is seen significant in HOMO-LUMO orbitals of all the systems in series number 3. Thus, we believe that our study will highlight the importance of different D-π-A chromophores having variant types of π-conjugation cores as discussed in the present investigation.

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