Two-photon absorption of perylene derivatives: Interpreting the spectral structure

This work investigates the two-photon absorption spectrum of perylene tetracarboxylic derivatives using the white-light continuum Z-scan technique. Perylene derivatives present relatively high two-photon absorption cross-section, which makes them attractive for applications in photonics. Because of the spectral resolution of the white-light continuum Z-scan, we were able to observe a well defined structure in the two-photon absorption spectrum, composed by two distinct peaks. These peaks, as well as the resonant enhancement of the nonlinearity, were modeled using the sum-over-states approach considering a four-level energy diagram with two final two-photon states. The existence of such states was confirmed using the response function formalism within the DFT framework. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Langmuir-Blodgett films of diazobenzene molecules

Langmuir-Blodgett (LB) films from diazobenzene Sudan III have been investigated using surface potential measurements as a function of number of layers and deposition pressures, with the surface potential data being related to molecular dipole moments obtained from theoretical electronic structure calculations. The surface potential increased with the number of layers for SIII LB films, and then tended to saturate. Results from density functional theory (DIFT) and UV-vis spectroscopy indicated that the increase is due to addition of layers with oriented molecular dipoles, with the saturation tendency being attributed to a decrease in the amount of material deposited in each layer. The surface potential increased with the surface pressure used for deposition, probably owing to a higher contribution from the vertical component of the dipole moment as a closer molecular packing, which is associated with decreasing conformational entropy, was reached. (C) 2008 Elsevier Inc. All rights reserved.

Spin-density functional for exchange anisotropic Heisenberg model

Ground-state energies for anti ferromagnetic Heisenberg models with exchange anisotropy are estimated by means of a local-spin approximation made in the context of the density functional theory. Correlation energy is obtained using the non-linear spin-wave theory for homogeneous systems from which the spin functional is built. Although applicable to chains of any size, the results are shown for small number of sites, to exhibit finite-size effects and allow comparison with exact-numerical data from direct diagonalization of small chains. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Ab Initio Analysis of Monomers and Dimers of Trialkylphosphine Oxides: Structural and Thermodynamic Stability

Structural and thermodynamic stabilities of monomers and dimers of trialkylphosphine oxides (TRPO) were Studied using quantum chemistry calculations. Density functional theory calculations were carried Out and the structures Of four TRPO have been determined: TMPO (methyl; R = CH(3)), TEPO (ethyl; R = CH(3)CH(2)), TBPO (n-butyl; R = CH(3)(CH(2))(3)), and TOPO (n-octyl; R = CH(3)(CH(2))(7)). TRPO homodimers were investigated considering two isomeric possibilities for each dimer. Relative binding energies and the enthalpic and entropic contributions to the Gibbs free energy were Calculated for all dimers. The formation of dimers from the individual monomeric TRPO species as a function of temperature was also analyzed. (C) 2008 Wiley Periodicals, Inc. Int J Quantum Chem 109: 250-258, 2009

Molecular and morphological characterization of bis benzimidazo perylene films and surface-enhanced phenomena

Thin solid films of bis benzimidazo perylene (AzoPTCD) were fabricated using physical vapor deposition (PVD) technique. Thermal stability and integrity of the AzoPTCD PVD films during the fabrication (similar to 400 degrees C at 10(-6) Torr) were monitored by Raman scattering. Complementary thermogravimetric results showed that thermal degradation of AzoPTCD occurs at 675 degrees C. The growth of the PVD films was established through UV-vis absorption spectroscopy, and the surface morphology was surveyed by atomic force microscopy (AFM) as a function of the mass thickness. The AzoPTCD molecular organization in these PVD films was determined using the selection rules of infrared absorption spectroscopy (transmission and reflection-absorption modes). Despite the molecular packing, X-ray diffraction revealed that the PVD films are amorphous. Theoretical calculations (density functional theory, B3LYP) were used to assign the vibrational modes in the infrared and Raman spectra. Metallic nanostructures, able to sustain localized surface plasmons (LSP) were used to achieve surface-enhanced resonance Raman scattering (SERRS) and surface-enhanced fluorescence (SEF).

Cálculos AB initio de propriedades estruturais, eletrônicas e ópticas de colmpostos CaXo3 (X=Si, Ge, Sn)

In this work we present a study of structural, electronic and optical properties, at ambient conditions, of CaSiO3, CaGeO3 and CaSnO3 crystals, all of them a member of Ca-perovskite class. To each one, we have performed density functional theory ab initio calculations within LDA and GGA approximations of the structural parameters, geometry optimization, unit cell volume, density, angles and interatomic length, band structure, carriers effective masses, total and partial density of states, dielectric function, refractive index, optical absorption, reflectivity, optical conductivity and loss function. A result comparative procedure was done between LDA and GGA calculations, a exception to CaSiO3 where only LDA calculation was performed, due high computational cost that its low symmetry crystalline structure imposed. The Ca-perovskite bibliography have shown the absence of electronic structure calculations about this materials, justifying the present work

Structural and optical properties of CaTiO3 perovskite-based materials obtained by microwave-assisted hydrothermal synthesis: An experimental and theoretical insight

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Understanding the origin of photoluminescence in disordered Ca0.60Sr0.40WO4: An experimental and first-principles study

Visible photoluminescence (PL) was observed for the first time at room temperature in structurally disordered calcium strontium tungstate powder, Ca0.60Sr0.40WO4 (CSW), obtained by the polymeric precursor method. The PL behavior of CSW powders has been analyzed as a function of the disorder rate, based on experimental and theoretical studies. Quantum mechanical theory based on density functional theory at the B3LYP level has been employed to study the electronic structure of two periodic models representing both crystalline and disordered powders. Their electronic structures have been analyzed in terms of density of states, band dispersion and charge densities. The calculations indicate a break in symmetry when passing from crystalline to disordered models, creating localized electronic levels above the valence band. Moreover, a negative charge transfer process takes place from the [WO3] cluster to the [WO4] cluster. The polarization induced by the break in symmetry and the existence of localized levels favors the creation of trapped holes and electrons, originating the PL phenomenon. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Design of Gaussian basis sets to the theoretical interpretation of IR-spectrum of hexaaquachromium (III) ion, tetraoxochromium (IV) ion, and tetraoxochromium (VI) ion

The Generator Coordinate Hartree-Fock (GCHF) method is employed to design 16s, 16s10p, 24s17p13d, 25s17p13d, and 26s17p Gaussian basis sets for the H ((2)S), O ((3)P), O(2-) ((1)S), Cr(3+) ((4)F), Cr(4+) ((3)F), and Cr(6+) ((1)S) atomic species. These basis sets are then contracted to (4s) for H ((2)S), (6s4p) for O ((3)P), and O(2-) ((1)S), (986p3d) for Cr(3+) ((4)F), (10s8p3d) for Cr(4+) ((3)F), and (13s7p) for Cr(6+) (1S) by a standard procedure. For evaluation of the quality of those basis sets in molecular calculations, we have accomplished studies of total and orbital (HOMO and HOMO-1) energies at the HF-Roothaan level for the molecular species of our interest. The results obtained with the contracted basis sets are compared to the values obtained with our extended basis sets and to the standard 6-311G basis set from literature. Finally, the contracted basis sets are enriched with polarization function and then utilized in the theoretical interpretation of IR-spectrum of hexaaquachromium (III) ion, [Cr(H(2)O)(6)](3+), tetraoxochromium (IV) ion, [CrO(4)](4-), and tetraoxochromium (VI) ion, [CrO(4)](2-). The respective theoretical harmonic frequencies and IR-intensities were computed at the density functional theory (DFT) level. In the DFT calculations we employed the Becke's 1988 functional using the LYP correlation functional. The comparison between the results obtained and the corresponding experimental values indicates a very good description of the IR-spectra of the molecular ions studied, and that the GCHF method is still a legitimate alternative for selection of Gaussian basis sets. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Structural and electronic properties of PbTiO3 slabs: a DFT periodic study

Structural and electronic properties of the bulk and relaxed surfaces (TiO2 and PbO terminated) of cubic PbTiO3 are investigated by means of periodic quantum-mechanical calculations based on density functional theory. It is observed that the difference in surface energies is small and relaxations effects are most prominent for Ti and Ph surface atoms. The electronic structure shows a splitting of the lowest conduction bands for the TiO2 terminated surface and of the highest valence bands for the PbO terminated slab. The calculated indirect band gap is: 3.18, 2.99 and 3.03 eV for bulk, TiO2 and PbO terminations, respectively. The electron density maps show that the Ti-O bond has a partial covalent character, whereas the Pb-O bonds present a very low covalency. (C) 2004 Elsevier B.V. All rights reserved.

CO 2 adsorption on polar surfaces of ZnO

Physical and chemical adsorption of CO 2 on ZnO surfaces were studied by means of two different implementations of periodic density functional theory. Adsorption energies were computed and compared to values in the literature. In particular, it was found that the calculated equilibrium structure and internuclear distances are in agreement with previous work. CO 2 adsorption was analyzed by inspection of the density of states and electron localization function. Valence bands, band gap and final states of adsorbed CO 2 were investigated and the effect of atomic displacements analyzed. The partial density of states (PDOS) of chemical adsorption of CO 2 on the ZnO(0001) surface show that the p orbitals of CO 2 were mixed with the ZnO valence band state appearing at the top of the valence band and in regions of low-energy conduction band. [Figure not available: see fulltext.] © 2012 Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

Fabricação e caracterização de filmes finos de perileno: arquitetura molecular e aplicações sensoriais

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Design de nanodispositivos eletroluminescentes baseados no ALQ3

Neste trabalho reportamos a investigação teórica da solvatação dos isômeros do tris- (8-idroxiquinolinolato) de alumínio III – Alq3, as propriedades eletroluminescentes na solvatação de Alq3 em líquidos orgânicos como metanol, etanol, dimetilformamida (DMF) e acetonitrila, a fim de se entender a dependência na variação de ambientes do sistema, aperfeiçoando o funcionamento de filmes transportadores em dispositivos eletroluminescentes do tipo OLED (Organic Light-Emitting Diodes) e por fim investigamos o mecanismo do transporte eletrônico no Alq3 aplicando uma baixa corrente elétrica na molécula e evidenciando as curvas corrente-voltagem característica do dispositivo. A simulação consiste na aplicação do método sequencial Monte Carlo / Mecânica quântica (S-MC/MQ), que parte de um tratamento inicial estocástico para separação das estruturas mais prováveis de menor energia e posteriormente com um tratamento quântico para plotar os espectros eletrônicos das camadas de solvatação separadas através do método ZINDOS/S. Nas propriedades elétricas do transporte utilizamos o método da função de Green de não equilíbrio acoplado a teoria do funcional densidade (DFT) inferindo que as ramificações mais externas correspondentes aos anéis no Alq3 seriam terminais para o translado eletrônico. Nossos resultados mostraram que a média dos espectros de absorção para solvatação do Alq3 em soluções sofre um desvio mínimo com a mudança de ambiente, estando em ótimo acordo com os resultados experimentais da literatura; e as curvas I-V confirmaram o comportamento diodo do dispositivo, corroborando com os sentidos mais pertinentes quanto aos terminais no Alq3 para se ter um transporte eletrônico satisfatório.

Estudo de solvatocromismo em líquidos moleculares orgânicos via método seqüencial Monte Carlo/Mecânica Quântica

Utilizou-se o método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica para obterem-se os desvios de solvatocromismo e os momentos de dipolo dos sistemas de moléculas orgânicas: Uracil em meio aquoso, -Caroteno em Ácido Oléico, Ácido Ricinoléico em metanol e em Etanol e Ácido Oléico em metanol e em Etanol. As otimizações das geometrias e as distribuições de cargas foram obtidas através da Teoria do Funcional Densidade com o funcional B3LYP e os conjuntos de funções de base 6-31G(d) para todas as moléculas exceto para a água e Uracil, as quais, foram utilizadas o conjunto de funções de base 6-311++G(d,p). No tratamento clássico, Monte Carlo, aplicou-se o algoritmo Metropólis através do programa DICE. A separação de configurações estatisticamente relevantes para os cálculos das propriedades médias foi implementada com a utilização da função de auto-correlação calculada para cada sistema. A função de distribuição radial dos líquidos moleculares foi utilizada para a separação da primeira camada de solvatação, a qual, estabelece a principal interação entre soluto-solvente. As configurações relevantes da primeira camada de solvatação de cada sistema foram submetidas a cálculos quânticos a nível semi-empírico com o método ZINDO/S-CI. Os espectros de absorção foram obtidos para os solutos em fase gasosa e para os sistemas de líquidos moleculares comentados. Os momentos de dipolo elétrico dos mesmos também foram obtidos. Todas as bandas dos espectros de absorção dos sistemas tiveram um desvio para o azul, exceto a segunda banda do sistema de Beta-Caroteno em Ácido Oléico que apresentou um desvio para o vermelho. Os resultados encontrados apresentam-se em excelente concordância com os valores experimentais encontrados na literatura. Todos os sistemas tiveram aumento no momento de dipolo elétrico devido às moléculas dos solventes serem moléculas polares. Os sistemas de ácidos graxos em álcoois apresentaram resultados muito semelhantes, ou seja, os ácidos graxos mencionados possuem comportamentos espectroscópicos semelhantes submetidos aos mesmos solventes. As simulações através do método seqüencial Monte Carlo / Mecânica Quântica estudadas demonstraram que a metodologia é eficaz para a obtenção das propriedades espectroscópicas dos líquidos moleculares analisados.

Investigação da dinâmica sequêncial Monte Carlo/Mecânica Quântica para sitemas moleculares orgânicos

O principal objetivo deste trabalho é investigar teóricamente as propriedades eletrônicas e óticas de compostos orgânicos em ambiente líquido. A compreensão das interações em sistemas líquidos é muito importante para a descrição de fenômenos em muitas partes da ciência, como Física, Química, Biologia e Materiais, bem como no desenvolvimento de materiais óticos. As flutuações térmicas fazem que inumaram das configurações para os líquidos possam ser gerados. Esta é a razão do comportamento estatístico observado em sistemas líquidos. Considerando estas dificuldades, o tratamento sequencial Monte Carlo / Mecânica Quântica (SMC/QM) é usado neste trabalho. Neste procedimento, a estrutura líquida é gerada primeiramente por simulações clássicas de MC e mais tarde, somente a parte mais importante do sistema é tratada com mecânica quântica. Usando o procedimento acima, os propriedades do quantum o pirazine dimethyl do thiene Methyl da laranja (MO) e do O 2,3-dimetil tieno[3,4-b] pirazina (DTP) foram investigados. O MO é um conhecido indicador de pH e pode ser encontrado sob circunstâncias básicas e acidas. Suas geometrias de mínima energia foram obtidas mediante a Teoria do Funcional da Densidade pelo funcional B3LYP, sendo o sistema descrito pelas bases de Pople com uma função de polarização (6-31G*). Para obter as propriedades médias dos observaveis, cálculos de química quântica foram executados dentro da aproximação semi-empírica de INDO/S-CI. Com respeito ao espectro de absorção, os dados experimentais existentes na literatura científica reportam a existência de uma larga banda localizada na região de baixas energias, mais precisamente entre 400 e 600 nm. Nossos resultados teóricos para a forma alcalina mostram uma transição intensa transição π → π* aproximadamente à 432.4 ± 0.03 nm e, sob condições ácidas, esta transição aparece aproximadamente à 507.4 ± 0.12, 496.4 ± 0.28 ou 545.3 ± 0.10 nm, dependendo da estrutura, mostrando bom acordo com resultados experimentais. O DTP é um sistema particular usado na produção de polímeros de baixo gap. Suas propriedades elétricas e óticas foram obtidas através de um novo procedimento conhecido por Configuração Eletrostática Média do Solvent (ASEC). O procedimento ASEC inclui moléculas do solvente como cargas pontuais e permite o obtenção das quantidades quânticas executando somente poucos cálculos de mecânica quântica. Para o DTP, usando a teoria das perturbações de segunda ordem Mφller-Plesset (MP2) e o conjunto de bases aug-cc-pVDZ, a convergência do momento de dipolo foi alcançada com apenas quatro cálculos de mecânica quântica à 1.16 D, apresentando um aumento de 42% quando comparado ao dipolo isolado. O polarizabilidade corresponde à outra característica elétrica que pôde ser medida. Considerando o mesmo nível empregado ao cálculo do dipolo, o valor médio 132.7 a30 foi observado. A região de mais baixas da energias do espectro de absorption foi investigada também atravé de procedimento de ASEC usando ambos as aproximações, semi-empírico e DFT. Esta região de absorção é motivo de conclusões contraditórias com relação à natureza das transições n → π* e π → π*. Nossos resultados mostram que realmente que essas excitações são realmente observadas simultanemente podendo sobrepôr-se. Como exemplo, nossos resultados para DFT, encontrados usando o funcional B3LYP nos mostra que estas transições aparecem aproximadamente à 360.6 e 351.1 nm.