复杂共轭体系中电子过程的密度矩阵重整化群理论研究

发布时间：2021-06-11 09:45

　　有机共轭体系能够表现出丰富的电子过程,是构成有机发光器件、有机光伏器件、有机场效应晶体管的核心部分。所发生的微观过程,包括电荷的传输,激发态能量的转移和弛豫,光生激子的分离等,决定了其宏观性能。为了更好的解释实验现象,从理论化学的电子结构、量子动力学等角度去理解其中的微观机制是十分必要的。其存在的理论挑战在于在这些微观过程中,不仅存在电子-电子之间的关联,还存在电子-振动之间的关联,本质上是一个复杂的量子多体问题。密度矩阵重整化群（Density Matrix Renormalization Group,DMRG）理论正是从理论物理领域发展起来的处理强关联电子的数值方法,近些年在理论化学领域有了长足的发展。本论文将基于非含时的DMRG方法和含时的TD-DMRG（Time Dependent DMRG）方法发展适用于我们所关心的高分子分子内单态裂分、分子聚集体光谱等问题的计算方法并加以应用,取得的研究成果为:1.我们研究了给-受体型高分子PBTDO1这一种新型的分子内单态裂分体系中的的激发态电子结构,通过多种多体波函数的分析手段,确认了2A_g暗态的¹

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：128 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 引言
    1.1 复杂共轭体系中的电子过程及其理论挑战
    1.2 电子结构和量子动力学方法简介
    1.3 密度矩阵重整化群理论发展历史简介
第2章 密度矩阵重整化群及其含时理论
    2.1 DMRG理论和矩阵乘积态
        2.1.1 DMRG的传统语言描述
        2.1.2 DMRG的矩阵乘积态描述和图形表示
        2.1.3 DMRG方法的其他方面
    2.2 TD-DMRG方法
        2.2.1 适合一维短程相互作用的TEBD和 Adaptive TD-DMRG方法
        2.2.2 适合长程相互作用的Time-Step Targeting方法
        2.2.3 热力学性质的求解和密度矩阵的演化
第3章 高分子分子内单态裂分现象的研究
    3.1 本章研究背景
    3.2 PBTDO1分子的模型构建和计算方法
        3.2.1 PPP模型及其参数拟合
        3.2.2 对称性匹配的DMRG方法,计算精度以及M值的选择
    3.3 结果与讨论
    3.4 本章小结
第4章 结合内部空间微扰的DMRG方法
    4.1 本章研究背景
    4.2 DMRG-is PT方法和算法实现
    4.3 并苯体系电子结构的研究
        4.3.1 一维并苯体系
        4.3.2 [5,3]-二维并苯体系
    4.4 本章小结
第5章 分子聚集体光谱的TD-DMRG计算方法
    5.1 本章研究背景
    5.2 基于Frenkel-Holstein模型的TD-DMRG方法和算法实现
        5.2.1 Frenkel-Holstein模型的简单推导
        5.2.2 基于MPS/MPO框架的针对长程相互作用的TD-DMRG方法
        5.2.3 算法的技术细节
    5.3 分子聚集体线性光谱的计算
        5.3.1 J型聚集体PBI的线性光谱和动力学模拟
        5.3.2 TD-DMRG和 n粒子近似的对比:四聚体模型体系
        5.3.3 TD-DMRG和 n粒子近似的对比:H型 DSB分子聚集体的发射光谱
        5.3.4 TD-DMRG方法的误差分析
    5.4 TD-DMRG与 TD-Hartree结合的杂化方法
        5.4.1 零温和有限温下的TDH运动方程
        5.4.2 TD-DMRG/TDH杂化方法
        5.4.3 PBI双分子的吸收光谱计算
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
附录 A 矩阵的奇异值分解
附录 B 龙格-库塔法
    B.1 RK4的稳定区域
    B.2 变步长的Runge-Kutta-Fehlberg法
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]有机分子聚集体中振动分辨光谱的激子耦合效应（英文）[J]. 李文强,彭谦,谢育俊,张天,帅志刚.  化学学报. 2016(11)
[2]密度矩阵重正化群计算电子激发态的算法比较研究[J]. 马赫,任佳骏,帅志刚.  中国科学:化学. 2015(12)



本文编号：3224294