压强对β胡萝卜素分子的电子—声子耦合常数的影响

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链状共轭(直链)多烯分子,具有非线性系数大和光电响应快等特性,这些光学性质在掺杂和外场作用下还会发生改变和提高。在光电器件与功能材料等研制方面,类胡萝卜素分子也发挥着重要作用。拉曼光谱可以提供丰富的分子结构方面的信息,高压外场有利于放大分子间或分子内的相互作用,使其易于观察。拉曼光谱强度,π电子离域扩展程度,散射截面大小,分子的有效共轭长度大小及线宽大小可以用电子-声子耦合常数来反应。所以利用拉曼光谱和紫外吸收光谱技术研究高压下β胡萝卜素分子的电子-声子耦合十分必要,对典型的π电子共轭体系分子结构的深入研究提供了理论依据。本论文中,我们利用金刚石对顶砧技术,在0-0.60GPa的压强范围下,分别对β胡萝卜素溶于水和二硫化碳溶液进行了原位拉曼光谱测量,比较了二者的拉曼频移和半高宽等光谱特性,以及计算了β胡萝卜素在CS2溶液中的电子-声子耦合常数和黄昆因子,对此我们取得以下创新性结果:1、在对β胡萝卜素分子溶于水和CS2溶液的高压拉曼研究中,实验结果表明,两种样品的拉曼频移均随着压强的增加而向高波数方向移动,半高宽也随之增加。共轭多烯分子的两种理论模型,即“相干弱阻尼电子-晶格振动模型”和“有效共轭长度模型”可以给予解释。其机理是由于外界压力的增加,导致了β胡萝卜素分子被压缩,所以其结构有序性下降,有效共轭长度减小,拉曼活性降低,碳碳键的相干弱阻尼电子-晶格振动减弱。CC键的键长变短,因此拉曼蓝移;拉曼光谱的半高宽增加归因于CC键的键长差增加。此外,由于β胡萝卜素溶于非极性溶剂CS2溶液中,受到周围溶剂分子的作用,使溶质与溶剂之间的色散力作用对压力更敏感一些,从而使得其拉曼频移和半高宽随压强变化的斜率要比溶于水中的大。2、我们利用紫外吸收光谱和拉曼光谱分析了高压对溶液中β胡萝卜素分子有量纲的电子-声子耦合常数的影响。实验结果显示,其分子吸收光谱随着外界压强的增大发生红移趋势,同时拉曼光谱呈现蓝移趋势,并且散射截面变小,电子-声子耦合常数也会增大。原因归因于外界压强的增大,导致分子键长被压缩,其结构有序性会逐渐下降,此时电子能隙变窄,有效共轭长度变小,从而π电子离域扩展受阻。
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