پاسخ نوري غيرخطي سوپراتم‌هاي برپايه سيليسيوم: يك مطالعه نظري

در سال‌هاي اخير، توجه گسترده‌اي به طراحي مواد با قابليت پاسخ نوري غيرخطي با عملكرد بالا معطوف شده است، چرا كه اين مواد كاربردهاي متعددي در ابزارهاي نوري-الكترونيكي دارند. در اين راستا، پيكربندي‌هايي از واحدهاي پذيرنده-دهنده الكتروني طراحي شده اند كه به دليل تبادل الكتروني مطلوب، پاسخ نوري غيرخطي بالايي از خود نشان مي‌دهند. افزون بر اين، تحقيقات بسياري به طراحي سوپراتم‌ها با قابليت پاسخ نوري غيرخطي اختصاص يافته ‌است. با الهام از سوپراتم‌هايي كه به‌تازگي ارائه شده‌اند (M@Si₁₆)، كه در آن M فلزات واسطه ي مركزي واناديوم، نيوبيوم و تانتاليوم مي‌باشد، در اين پژوهش به طراحي پيكربندي‌هاي تركيبي متشكل از سوپرقليايي-سوپرهالوژن با قابليت پاسخ نوري غيرخطي پرداخته ايم. اين راهبرد شامل اتصال واحد‌هاي الكترون دهنده‌ي سوپرقليايي (M@Si₁₆) به گونه هاي الكترون پذيرنده‌ي سوپرهالوژن (XYₙ; n=2,3,4 an‎d X=Li, Na, Be, Mg, B, Al- Y=F, Cl) مي باشد. نتايج محاسبات نظريه تابع چگالي نشان مي‌دهد كه اتصال سوپرهالوژن‌ به سوپرقليايي‌ مي‌تواند به‌طور مؤثري شكاف انرژي را كاهش داده و ابرقطبش‌پذيري مرتبه اول نانوساختارهاي M@Si₁₆ را به‌طور محسوس افزايش دهد؛ اين امر ناشي از انتقالات الكتروني در اين نوع از پيكربندي هاي تركيبي مي باشد. همچنين، اثر ميدان‌هاي الكتريكي خارجي جهت‌دار بر قابليت پاسخ نوري غيرخطي سوپراتم‌هاي XYn-M@Si₁₆ مورد بررسي قرار گرفت. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش شدت ميدان الكتريكي خارجي اعمال‌شده در راستاي جهت انتقالات الكتروني، ابر قطبش‌پذيري مرتبه اول در پيكربندي‌هاي تركيبي سوپرقليايي-سوپرهالوژن به‌صورت تدريجي افزايش مي‌يابد. اين پژوهش رويكردي جهت كنترل پاسخ نوري غيرخطي سوپراتم‌ها از طريق اعمال ميدان الكتريكي خارجي جهت‌دار ارائه مي‌دهد.

Nonlinear optical response , Nanocluster , Superatom , Superalkali , Superhalogen , First-order hyperpolarizability , Density functional theory

Nonlinear Optical Response of Silicium-Based Superatoms: A Theoretical Study

نانو فناوري

In recent years, extensive attentions have been attracted to designing high-performance nonlinear optical (NLO) materials, because of the feasible applications in the electro-optical devices. In this respect, the interesting frameworks with the donor−acceptor combinations can display the prominent NLO response as a result of charge transfer in these systems. Furthermore, many researches are directed toward the design of novel superatoms with high NLO. Inspired by a fascinating finding of superatoms which were recently synthesized (M@Si16, M=V, Nb, an‎d Ta), we suggest an effective strategy to form a series of typical donor−acceptor frameworks with high NLO via bonding the superhalogens (XYn (n=2, 3, an‎d 4; X=Li, Na, Be, Mg, B, Al; an‎d Y=F, Cl)) to the superalkalis M@Si16. Our density functional theory (DFT) calculations represented that the bonding superhalogens to the superalkalies can efficiently narrow wide ban‎dgap energy an‎d considerably enhance first hyperpolarizability of the pristine M@Si16, due to electron transfer in this type of superatoms. Also, the effect of oriented external electric fields (OEEFs) on the NLO of the superatoms XYn-M@Si16 has been systematically explored. We found that the first hyperpolarizability of the superatom hybrids can be gradually increased by increasing the imposed OEEF from zero to the critical external electric field along the charge transfer direction (M@Si16 → XYn). In this respect, this work reveals an effective approach to gradually enhance the NLO of the superatoms through applying oriented external electric fields.

3

149522