新型红外波段二阶非线性光学晶体材料的理论设计方法与性能预测

批准号:
21373048
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
章永凡
依托单位:
学科分类:
B0302.化学模拟与应用
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
胡建明、刘蓉、方振兴、邱美、吴仁珍、曹全贞、刘平、罗云清、杨伟
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中文摘要
本项目将建立一种基于密度泛函理论计算结果的二阶非线性光学(NLO)晶体材料的理论设计方法。该方法采用改进的演化算法来预测晶体结构,并结合倍频系数等各种性质的理论模拟来考察晶体的光学性能。利用该方法,对理论设计的由不同类型无对称中心(NCS)结构单元所组成的"虚拟"晶体的构型和光学性能进行系统研究,探讨影响NCS结构单元空间排列方式的各种因素,从中寻找出NCS结构单元组装的规律和趋势;通过考察所设计的NLO晶体线性和二阶非线性光学性能与结构单元之间的内在关系,深入了解该类材料功能与结构和组成的敏感性,并筛选出可能具有优良性能的红外NLO晶体材料,为新型NLO材料的开发和可控制备提供可靠的理论依据和研究思路。
英文摘要
Based on the results of density functional theory calculations, we will propose a theoretical method to design the second order nonlinear optical (NLO) crystal materials. In this method, the crystal structure is predicted by the improved evolutionary algorithm, and various properties such as the second harmonic generation coefficients are simulated theoretically to investigate the optical performance of the crystal. Using this approach, the structure and optical properties of the "virtual" crystals that are constructed by different types of noncentrosymmetric (NCS) units are studied systematically. Through examining the influence factors of the spatial arrangement of the NCS units, we try to find the rules and trends for the integration of the NCS units. Meanwhile, to understand how the performance of the NLO crystal is sensitive to the structure and composition of the system, the relationship between linear or second order NLO properties and the structure of NCS unit is explored. According to the results of theoretical predictions, the new infrared NLO crystal materials with good performances may be achieved. Our project can provide reliable theoretical foundations and ideas to develop new NLO crystals, as well as to realize the controllable preparations of NLO materials.
本项目按照原定研究计划,建立了一种基于密度泛函理论计算结果的无机二阶非线性光学晶体材料的理论设计方法。该方法采用改进的遗传算法来获得已知组成晶体的稳定构型,并结合介电函数、折射率、双折射率以及静态和动态倍频系数等各种线性和非线性光学性质的计算来预测晶体的光学性能。在晶体稳定构型的搜索过程中,针对无机晶体材料的结构特点,本课题发展了一种新的遗传算法,该方法利用配位结构基元作为遗传操作的最小单元来构建各代个体构型,与目前常用的遗传算法相比,可以显著提高预测无机晶体稳定构型的效率和可靠性。根据上述思想,我们编写了相关程序,并完成了基于MPI并行的二阶倍频系数计算程序的编写工作。采用上述方法和程序,本项目对一系列已合成和未制备的二阶非线性光学晶体材料进行了深入研究,重点考察了非心结构单元构型及其排列方式与材料各种线性和二阶非线性光学性质之间的内在联系,提出了一些具有较强红外二阶倍频效应的光学晶体材料,其中包括高压下具有单斜结构的AgGaS2晶体以及具有新颖结构的LiAsSe2晶体等。本课题的研究成果可为新型非线性光学晶体材料的研发以及其它相关晶态材料的设计、优化和筛选提供一种新的研究思路和方法。此外,本项目所开展的编程工作也将为今后二阶非线性光学晶体材料的高通量筛选计算打下良好基础。
期刊论文列表
专著列表
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专利列表
Tuning the charge states of CrW2O9 clusters deposited on perfect and defective MgO(001) surfaces with different color centers: A comprehensive DFT study
调整沉积在具有不同色心的完美和有缺陷的 MgO(001) 表面上的 CrW2O9 团簇的电荷态:全面的 DFT 研究
DOI:10.1063/1.4947549
发表时间:2016
期刊:Journal of Chemical Physics
影响因子:4.4
作者:Zhu Jia;Zhang Hui;Tong Yawen;Wang Chengxing;Wang Bin;Huang Xin;Zhang Yongfan
通讯作者:Zhang Yongfan
Why does F-doping enhance the photocatalytic water-splitting performance of mBiVO(4)? - a density functional theory study
为什么F掺杂可以增强mBiVO(4)的光催化水分解性能?
DOI:10.1039/c6nj02400a
发表时间:2017
期刊:New Journal of Chemistry
影响因子:3.3
作者:Wen Lili;Ding Kaining;Huang Shuping;Zhang Yongfan;Lia Yi;Chena Wenkai
通讯作者:Chena Wenkai
Tri-s-triazine-Based Crystalline Graphitic Carbon Nitrides for Highly Efficient Hydrogen Evolution Photocatalysis
用于高效析氢光催化的三均三嗪基结晶石墨碳氮化物
DOI:10.1021/acscatal.6b00922
发表时间:2016-06-01
期刊:ACS CATALYSIS
影响因子:12.9
作者:Lin, Lihua;Ou, Honghui;Wang, Xinchen
通讯作者:Wang, Xinchen
Computational design of inorganic nonlinear optical crystals based on a genetic algorithm
基于遗传算法的无机非线性光学晶体计算设计
DOI:10.1039/c4ce01606h
发表时间:2014-01-01
期刊:CRYSTENGCOMM
影响因子:3.1
作者:Fang, Zhenxing;Lin, Jing;Zhang, Yongfan
通讯作者:Zhang, Yongfan
First-principles study of Na2+xTi7O15 as anode materials for sodium-ion batteries
Na2 xTi7O15作为钠离子电池负极材料的第一性原理研究
DOI:10.1016/j.jallcom.2016.07.301
发表时间:2016-12
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Tao D;an;Fang Zhenxing;Qiu Mei;Li Yi;Huang Xin;Ding Kaining;Chen Wenkai;Su Wenyue;Zhang Yongfan
通讯作者:Zhang Yongfan
铜基模型催化剂催化二氧化碳加氢合成甲醇反应机理的理论研究
- 批准号:21773030
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2017
- 负责人:章永凡
- 依托单位:
负载型前过渡金属氧化物团簇模型催化剂构效关系的理论研究
- 批准号:21073035
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:34.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:章永凡
- 依托单位:
若干典型三元化合物晶态材料功能调控机理的理论研究
- 批准号:90922022
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:50.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:章永凡
- 依托单位:
固体表面反应机理的轨道作用分析方法与应用
- 批准号:20773024
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:26.0万元
- 批准年份:2007
- 负责人:章永凡
- 依托单位:
固体表面活性态的计算方法及其程序设计
- 批准号:20303002
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2003
- 负责人:章永凡
- 依托单位:
国内基金
海外基金
