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本论文主要讨论了两个课题。第一个课题是关于有机共轭低聚物过极化率的理论研究。这一部分分为三个章节,即本论文的第一、第二和第三章。第二个课题是关于分子器件量子输运的理论研究。相关讨论分为两个章节,即本论文的第四和第五章。
过极化率是刻画分子激发能在外电场下如何变化的物理量。对于中心对称分子,激发能在外电场下的行为主要由分子的过极化率决定。关于有机共轭低聚物过极化率的理论研究现在仍然处在起步阶段。原因在于有机共轭低聚物包含数量庞大的原子。利用传统的高精度的量子化学方法计算这些分子的激发态电子结构需要计算机有着非常高的硬件条件。上世纪八十年代含时密度泛函理论的出现为研究大分子的激发态性质提供了有力的理论武器。利用含时密度泛函方法计算分子的激发能对计算条件的要求要低得多,但却有较高的准确性。在密度泛函理论中,交换关联势起着举足轻重的作用。随着交换关联势的不断发展,含时密度泛函方法的精度也在不断提高。本论文的第一个课题将讨论两个问题。第一,利用含时密度泛函方法能否准确的计算有机共轭低聚物的过极化率。第二,在回答了第一个问题的基础上,我们利用含时密度泛函方法研究分子从非驰豫的激发态向驰豫的激发态演变时过极化率的变化。我们选择了一些在理论界和实验界经常讨论的有机共轭低聚物作为研究对象,并且只讨论这些分子第一个偶极矩跃迁激发态的过极化率。对于这些分子,第一个偶极矩跃迁激发态可以比较容易的由可见光激发获得,因此这一激发态也就成为了光电器件工作过程中的一个重要状态。
分子量子输运的理论研究是设计和制造功能分子器件的基础。我们将非平衡矩阵格林函数理论与密度泛函理论相结合定量的计算了分子的量子输运。在分子的量子输运中,具有非局域性质的π电子轨道对分子电流的贡献最大。众所周知,π键具有很强的方向性。当有机共轭分子的某些部分发生扭转时,π电子轨道的连续性程度将会降低。我们将研究π电子轨道连续性程度与整个分子的量子输运之间的关系。相关结论为实现有机共轭分子电流调控提供了一些方法,从而有助于设计功能分子器件。