Name: excitonic hamiltonians for calculating optical absorption spectra and optoelectronic properties of molecular aggregates and solids
Uploaded: 2020-05-27T13:00:00
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हम डॉ एंड्रियास टिलैक (ओक रिज राष्ट्रीय प्रयोगशाला), डॉ लुईस जॉनसन (वाशिंगटन विश्वविद्यालय), और डॉ ब्रूस रॉबिंसन (वाशिंगटन विश्वविद्यालय) को मोटे अनाज वाले मोंटे कार्लो सिमुलेशन के लिए कार्यक्रम विकसित करने के लिए धन्यवाद देते हैं जिसका उपयोग प्रतिनिधि परिणाम अनुभाग में प्रस्तुत आणविक प्रणाली की संरचना उत्पन्न करने के लिए किया जाता था। A.A.K. और P.F.G. विज्ञान, CSU पूर्व खाड़ी के कॉलेज से एक सहयोगी अनुसंधान पुरस्कार द्वारा समर्थित हैं । एमएच छात्र अनुसंधान, CSU पूर्व खाड़ी के लिए केंद्र से एक हमेशा के लिए पायनियर फैलोशिप द्वारा समर्थित है । C.M.I. और एसएस वैज्ञानिक अनुसंधान कार्बनिक सामग्री प्रभाग के वायु सेना कार्यालय के तहत अमेरिकी रक्षा विभाग (प्रस्ताव ६७३१०-CH-REP) द्वारा समर्थित हैं ।

1. बहु-आणविक प्रणाली को व्यक्तिगत अणुओं में विभाजित करना
<ol><li>उस प्रणाली की संरचना उत्पन्न करें जिसके लिए एक्सिटोनिक हैमिल्टनियन को ट्रिपोस MOL2 आणविक फ़ाइल प्रारूप में निर्माण करने की आवश्यकता होती है। ...

यहां प्रस्तुत विधि कई अनुकूलन के लिए अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, परमाणु बिंदु शुल्कों की घनत्व कार्यात्मक, आधार सेट और विशिष्ट परिभाषा सहित डीएफटी और टीडी-डीएफटी गणना के मापदंडों को संशोधित करना सं...

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Gaussian 16, revision B1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multiwfn version 3.3.8</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GNU compiler collection version 9.2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>python 2.7.0</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

excitonic hamiltonians for calculating optical absorption spectra and optoelectronic properties of molecular aggregates and solids

ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक अनुप्रयोगों के लिए अव्यवस्थित आणविक समुचेग़ाऔर ठोस का तर्कसंगत डिजाइन सैद्धांतिक और कम्प्यूटेशनल विधियों का उपयोग करके ऐसी सामग्रियों के गुणों की भविष्यवाणी करने की हमारी क्षमता पर निर्भर करता है। हालांकि, बड़े आणविक प्रणालियों जहां विकार भी क्षोभ सीमा में विचार किया जा महत्वपूर्ण है या तो पहले सिद्धांतक्वांटम रसायन विज्ञान या बैंड सिद्धांत का उपयोग कर वर्णित नहीं किया जा सकता है । मल्टीस्केल मॉडलिंग ऐसी प्रणालियों के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों को समझने और अनुकूलित करने के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण है। यह व्यक्तिगत अणुओं के गुणों की गणना करने के लिए पहले सिद्धांतों क्वांटम रासायनिक तरीकों का उपयोग करता है, फिर इन गणनाओं के आधार पर आणविक समुचेय या थोक सामग्री के मॉडल हैमिल्टनका निर्माण करता है। इस पेपर में, हम एक तंग-बाध्यकारी हैमिल्टनियन के निर्माण के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं जो फ्रेंकेल एक्सिस्टन के आधार पर आणविक सामग्री के उत्साहित राज्यों का प्रतिनिधित्व करता है: इलेक्ट्रॉन-होल जोड़े जो सामग्री बनाने वाले व्यक्तिगत अणुओं पर स्थानीयकृत होते हैं। हैमिल्टनियन पैरामेट्राइजेशन यहां प्रस्तावित अणुओं के बीच एक्सीटोनिक कपलिंग के साथ-साथ आसपास के अणुओं पर चार्ज वितरण द्वारा एक अणु पर इलेक्ट्रॉन घनत्व के इलेक्ट्रोस्टैटिक ध्रुवीकरण के लिए भी खाता है । इस तरह के मॉडल हैमिल्टनियन का उपयोग ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा और आणविक समुचेय और ठोस के अन्य ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों की गणना करने के लिए किया जा सकता है।

इस खंड में हम छह वाईएलडी 124 अणुओं के कुल के ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रम की गणना के लिए प्रतिनिधि परिणाम प्रस्तुत करते हैं, जिसे चित्रा 3एमें दिखाया गया है, जहां कुल की संरचना एक मोटे-दानेदार मों?...

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Excitonic Hamiltonians for Calculating Optical Absorption Spectra and Optoelectronic Properties of Molecular Aggregates and Solids

यहां, हम पहले सिद्धांतक्वांटम रासायनिक गणना से ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा और आणविक सामग्रियों के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों की गणना के लिए एक तंग बाध्यकारी एक्सिटोनिक हैमिल्टनियन को पैरामेट्रिज करने के लिए एक प्रोटोकॉल पेश करते हैं।

ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा और आणविक समुचेश और ठोस के ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों की गणना के लिए एक्सिटोनिक हैमिल्टनियन

Rational design of disordered molecular aggregates and solids for optoelectronic applications relies on our ability to predict the properties of such ...

यह प्रोटोकॉल ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा और थोक आणविक सामग्रियों के अधिक जटिल ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक गुणों दोनों की कुशल गणना के लिए एक्सिटोनिक हैमिल्टनियों के निर्माण की सुविधा प्रदान करता है। हमारी तकनीक थोक आणविक सामग्रियों पर अत्यंत गणना गहन क्वांटम रासायनिक गणना को एकल अणुओं की अधिक प्रबंधनीय गणनाओं में तोड़ती है जो आम क्वांटम रासायनिक सॉफ्टवेयर का उपयोग करके किया जाता है। हमारी विधि फाइबर ऑप्टिक संचार के लिए फोटोवोल्टिक कोशिकाओं या ऑप्टिकल स्विच जैसे कार्बनिक पदार्थों का उपयोग करके ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के डिजाइन का मार्गदर्शन करने में मदद कर सकती है।नए उपयोगकर्ताओं को सावधानीपूर्वक सुझाए गए फाइलनेमिंग कन्वेंशन सहित वर्णित प्रक्रिया का पालन करना चाहिए और यह जांचना चाहिए कि आगे बढ़ने से पहले प्रत्येक चरण बिना किसी त्रुटि के पूरा हो गया है। एक बहु-आणविक प्रणाली को अलग-अलग अणुओं में विभाजित करने के लिए, पायथन 2.7 स्क्रिप्ट getMonomers का उपयोग करें। पाइ उन फ़ाइलों को उत्पन्न करने के लिए जिनमें कार्टेसियन होते हैं, जो सिस्टम को कंपोज करने वाले व्यक्तिगत अणुओं में परमाणुओं के लिए निर्देशांक करते हैं।उस फ़ाइल का नाम निर्दिष्ट करें जिसमें सिस्टम की ज्यामिति और प्रत्येक व्यक्तिगत अणु में परमाणुओं की संख्या शामिल है जो संकेत के अनुसार आदेश का उपयोग करके सिस्टम बनाती है। अलग-अलग अणुओं में परमाणुओं के लिए ग्राउंड स्टेट पॉइंट चार्जेज जेनरेट करने के लिए, चार्जऑप्शन नामक एक सादे टेक्स्ट फाइल की स्थापना करें। एक विद्युत तटस्थ अणु की जमीनी स्थिति में परमाणु बिंदु शुल्क के गॉसियन घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत गणना के विकल्पों के साथ txt।चार्ज ट्रांसफर चरित्र के साथ संक्रमण के लिए एक यथोचित सटीक चार्ज वितरण प्राप्त करने के लिए, एक लंबी दूरी की सही घनत्व कार्यात्मक, एक पर्याप्त रूप से बड़े आधार सेट का उपयोग करें जिसमें गैर-हाइड्रोजन परमाणुओं, एक अति सूक्ष्म एकीकरण ग्रिड और एक बहुत तंग आत्म-सुसंगत क्षेत्र अभिसरण मानदंड पर कम से कम डीपोलराइजेशन कार्य शामिल हैं। इनपुट फ़ाइल में नॉसीम कीवर्ड को शामिल करें ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि गॉसियन आउटपुट फ़ाइल में परमाणु निर्देशांक इनपुट ओरिएंटेशन में लिखे गए हैं। फाइल चार्जपोपेशन में मापदंडों का उपयोग करके सिस्टम बनाने वाले सभी व्यक्तिगत अणुओं के लिए गॉसियन इनपुट फाइल्स सेट करें।संकेत बैश स्क्रिप्ट का उपयोग कर txt। फिर गॉसियन गणना चलाएं जो इनपुट के समान होने के लिए आउटपुट फाइलनेम निर्दिष्ट करते हैं। कॉम फाइलनेम लेकिन एक्सटेंशन लॉग के साथ।पायथन 2.7 स्क्रिप्ट getCHelpG का उपयोग करें। विस्तार लॉग के साथ गॉसियन आउटपुट फाइलों से CHelpG परमाणु बिंदु शुल्क निकालने के लिए py। इलेक्ट्रोस्टैटिक वातावरण की उपस्थिति में सामग्री में व्यक्तिगत अणुओं की उत्तेजन ऊर्जा और संक्रमण घनत्व की गणना करने के लिए, मोनोमेरऑप्शन नाम की एक सादे पाठ फ़ाइल की स्थापना की।परमाणु बिंदु शुल्कों की गणना के लिए निर्धारित पैरामीटर के साथ और ईजेन्वेक्टर घटकों को प्रिंट करने के लिए कम सीमा के साथ आदर्श रूप से नकारात्मक पांच में कम से कम एक गुना 10 के क्रम के साथ। सामग्री में अन्य सभी अणुओं पर बिंदु शुल्क द्वारा प्रतिनिधित्व एक इलेक्ट्रोस्टैटिक वातावरण की उपस्थिति में सामग्री में सभी व्यक्तिगत अणुओं की उत्तेजन ऊर्जा और संक्रमण घनत्व की गणना के लिए गॉसियन इनपुट फाइलों की स्थापना करें और फाइल monomer_n_wCh नाम दें। कॉम जहां एन मोनोमर नंबर है।फिर गॉसियन गणना चलाएं जो इनपुट के समान होने के लिए आउटपुट फाइलनेम निर्दिष्ट करते हैं। कॉम फाइलनेम लेकिन एक्सटेंशन लॉग के साथ। गणना भी एक ही फाइलनाम के साथ एक चौकी फ़ाइल को बचाने के लिए, लेकिन विस्तार chk के साथ होगा ।गॉसियन आउटपुट फाइलों से सिस्टम बनाने वाले व्यक्तिगत अणुओं के उज्ज्वल राज्यों के लिए उत्साह ऊर्जा निष्कर्षण के लिए, गॉसियन आउटपुट फाइलों से व्यक्तिगत मोनोमर के उज्ज्वल उत्तेजित राज्यों के लिए उत्तेजन ऊर्जा की प्रतिलिपि बनाएं विस्तार लॉग के साथ एक सादे टेक्स्ट फ़ाइल में all_energies.txt कहा जाता है। फाइल में all_energies। txt, केवल कॉलम है कि उत्तेजन ऊर्जा के संख्यात्मक मूल्यों को शामिल रखें ।आणविक प्रणाली बनाने वाले अणुओं के सभी जोड़े के लिए एक्सिटोनिक कपलिंग की गणना करने के लिए, पहले चेकपॉइंट फाइलों को मानव पठनीय प्रारूप में परिवर्तित करने के लिए संकेत बैश स्क्रिप्ट से फॉर्म चेक उपयोगिता का उपयोग करें। पायथन 2.7 स्क्रिप्ट स्विचसाइन का उपयोग करें। पाइ जो एक्सटेंशन लॉग के साथ गॉसियन आउटपुट फाइल का नाम लेता है और इनपुट पैरामीटर के रूप में गणना में शामिल उत्तेजित राज्यों एन की संख्या।एक्सटेंशन लॉग2 के साथ गॉसियन फॉर्मेटेड चेकपॉइंट फाइल और प्रोसेस्ड गॉसियन आउटपुट फाइल के आधार पर ट्रांजिशन डेंसिटी क्यूब फाइल लिखने के लिए मल्टीडब्ल्यूएफएन मल्टी-फंक्शनल वेवफंक्शन एनालाइजर का इस्तेमाल करें। वर्तमान निर्देशिका में सभी fchk फ़ाइलों के लिए मल्टीडब्ल्यूएफएन प्रसंस्करण विकल्पों के साथ सेटअप फ़ाइलों को कुशलतापूर्वक उत्पन्न करने के लिए, मेकओप्ट का उपयोग करें। श बैश स्क्रिप्ट।फाइलों में वही नाम होंगे, जो एक्सटेंशन ऑप्ट के साथ फिक फाइल्स के साथ होंगे। फिर संकेत बैश स्क्रिप्ट का उपयोग करके एक ही बैच में संक्रमण घनत्व घन घन फ़ाइलों को उत्पन्न करें और शावक फ़ाइलों को उन फ़ाइलों में परिवर्तित करें जो स्पष्ट रूप से ग्रिड पर सभी क्यूब्स के केंद्रों के निर्देशांक और क्यूबफॉर्मेट का उपयोग करके घन के अंदर संक्रमण घनत्व के मूल्यों को निर्दिष्ट करते हैं। पाइ पायथन 2.7 स्क्रिप्ट।संक्रमण घनत्व घनत्व घन विधि का उपयोग कर प्रणाली में अणुओं के सभी जोड़े के बीच एक्सटोनिक कपलिंग की गणना करने के लिए एफसीयूबी फ़ाइलों का उपयोग करने के लिए संकेत के रूप में आदेश चलाएं। एक बार गणना पूरी हो जाने के बाद, all_couplings नामक एक खाली फ़ाइल बनाएं। txt और बैश स्क्रिप्ट का उपयोग करें जैसा कि सभी एक्सिटोनिक कपलिंग को एक ही फ़ाइल में मिलाने के लिए संकेत दिया गया है।एक्सिटोनिक हैमिल्टनियन स्थापित करने के लिए, सेटअपहैम का उपयोग करें। all_energies में उत्साहित राज्य ऊर्जा को संयोजित करने के लिए पाइ पायथन 2.7 स्क्रिप्ट और संकेतित टर्मिनल कमांड। txt फ़ाइल और all_couplings में एक्सटोनिक कपलिंग।एक ही फ़ाइल में txt फ़ाइल जिसमें पूर्ण एक्सिटोनिक हैमिल्टनियन मैट्रिक्स होता है। यहां, एक क्रॉस-ग्रेन्ड मोंटे कार्लो सिमुलेशन से प्राप्त छह वाईएलडी 124 अणुओं के कुल के ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रम को दिखाया गया है जिसका उपयोग अणुओं के एक्सेप्टोनिक हैमिल्टनियन की गणना करने के लिए किया गया था। इस तालिका में, प्रदर्शन के रूप में निर्मित इस प्रणाली के लिए हैमिल्टनियन देखा जा सकता है।क्योंकि प्रत्येक अणु के लिए केवल एक उज्ज्वल उत्साहित राज्य के साथ छह अणु हैं, छह से छह उत्तेजित हैमिल्टनियन छह संक्रमण में जिसके परिणामस्वरूप एक छह उत्पन्न किया गया था । G31G * आधार सेट के साथ WB97X घनत्व कार्यात्मक का उपयोग करके गणना किए गए एक्सिटन मॉडल और टीडीडीएफटी स्पेक्ट्रा में पियर्सन के उत्पाद-क्षण सहसंबंध गुणांक की विशेषता के समान आकार भी हैं। हमारे प्रोटोकॉल का उपयोग करके निर्मित एक्सिटोनिक हैमिल्टन को किसी भी क्वांटम रासायनिक विधि के साथ पैरामीटरीकृत किया जा सकता है, जिससे अध्ययन की अनुमति मिल सकती है कि विशिष्ट तरीकों के लिए अनुमान विभिन्न ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक मापदंडों के लिए गणना सटीकता को कैसे प्रभावित करते हैं।हमने इस विधि का उपयोग ऑप्टिकल अवशोषण स्पेक्ट्रा को मॉडल करने के लिए किया है और थोक आणविक ठोस के गुणों को सही मॉडल करने के लिए चल रहे प्रयासों के साथ आणविक समुच्चय की पहली हाइपरपोलारिज़ाबिलिटीज।

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