Компьютерное моделирование процессов оптической накачки в реакциях фотоиндуцированного переноса электрона
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Можно наблюдать, как с ростом глубины накачки растет насыщение волнового пакета и, следовательно, растет отклонение от результата теории возмущений.
Б) случай нерезонансной накачки
В случае нерезонансной оптической накачки (2.5), максимум полосы поглощения смещен относительно равновесного состояния пакета.
(2.5)Рисунок 13 - Сравнение профилей распределения частиц на терме возбужденного состояния при различных значениях глубины накачки и длительности импульса фотовозбуждения (случай резонансной накачки).
Рисунок 14 - То же самое, что на рисунке 13, в случае нерезонансной накачки.
Для рассмотрения особенностей этого процесса была также проведена серия расчетов, представленная на рисунке 14. Зеленым пунктиром на рисунке обозначено равновесное распределение частиц на терме основного состояния, красным - профиль распределения возбужденных частиц с учетом нерезонансной накачки ( - частота, соответствующая красной границе спектра), синим - результаты численного моделирования. Можно наблюдать новый механизм спектрального эффекта: с ростом длительности импульса профиль распределения частиц на терме возбужденного состояния сдвигается относительно равновесного положения пакета на терме основного состояния.
2.5 Влияние длительности импульса на кинетику
фотовозбуждения
При следующих заданных параметрах было проведено численное моделирование процесса фотовозбуждения ДАК:
,
где -параметр электронной связи, а - время релаксации растворителя. Нормированную динамику исследуемого процесса можно наблюдать на рисунке 15.
Рисунок 15 - Кинетика населенности возбужденного состояния при изменении длительности импульса фотовозбуждения.
Графики на рисунке 15 показывают, что изменение длительности импульса накачки влияет не только на кинетику заселения возбужденного состояния системы, но и на кинетику и квантовый выход рекомбинации зарядов. Наблюдаемые на рисунке различия в квантовых выходах рекомбинации достигают 50% при изменении длительности импульса от 25 до 500 фс. Этот результат не может быть объяснен в рамках модели, с мгновенным заселением возбужденного состояния [14, c. 248], так как эффективность нетермической рекомбинации в двухуровневой модели не зависит от характеристик возбуждающего импульса.
Вместе с тем, полученный результат может быть объяснен в рамках модели, явным образом учитывающей кинетику фотовозбуждения системы. Наблюдаемые различия в квантовом выходе рекомбинации зарядов на рисунке 15 связаны с конкуренцией двух одновременно действующих и противоположно направленных процессов - прямого электронного переноса с донора на акцептор в результате фотовозбуждения и сверхбыстрой рекомбинации зарядов. В случае, когда характерные времена этих процессов оказываются сравнимыми между собой, наблюдаемый в численных экспериментах квантовый выход обратных электронных переходов начинает существенно зависеть от характеристик импульса накачки.
Заключение
В данной работе исследовано влияние динамических и спектральных характеристик импульса фотовозбуждения на кинетику сверхбыстрой рекомбинации зарядов в ДАК. Разработаны модели и численные алгоритмы, позволяющие моделировать как оптическую накачку без учета спектрального состава импульса возбуждения, так и двухуровневая стохастическая модель электронного переноса, принимающая во внимание спектральные характеристики импульса лазерного излучения. Получено аналитическое выражение для скорости некогерентного оптического электронного перехода в рамках теории возмущений по величине оптической связи. Получено аналитическое выражение для вероятности оптического перехода в течение заданного интервала времени, на основе которого разработаны алгоритмы компьютерного моделирования процессов накачки. Результаты тестирования расчетных алгоритмов показали полное совпадение с известными аналитическими решениями в частных случаях. С помощью полученных алгоритмов проведены серии численных расчетов, проанализированы различные режимы накачки и их влияние на кинетику фотоиндуцированного электронного переноса.
Список литературы
1.Зусман Л.Д. К теории реакций электронного переноса в полярном растворителе // ТЭХ. - 1979. - Т.15. - N 3. - С.227-233.
. Иванов А.И., Федунов Р.Г., Феськов С.В. Влияние частоты возбуждающего импульса на динамику обратного переноса электрона. Стохастическая модель // Журн. Физ. Хим. - 2004. - Т. 123. - 135-13540p.
. Иванов А.И., Ионкин В.Н., Феськов С.В. Ускорение рекомбинации фотовозбужденных донорно-акцепторных комплексов высокочастотной колебательной модой // Журнал физической химии - 2008. - т. 82. - N 2. - С. 1-7.
. Ландау Л. Д., Лившиц Е. М., Квантовая механика. Нерелятивистская теория, 3 изд., М., - 1974.
. Феськов С.В. Метод броуновского моделирования в задачах расчета динамики электронного переноса // Выч. методы и прогр. - 2009. - Т. 10. - С.202-210.
. Феськов С.В. Электронный перенос в конденсированных средах: основый теории и методы численного моделирования [Текст]// учеб.-метод. пособие / С. В. Феськов; Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2010. - 52с., ил.
7. A. I. Ivanov, R. G. Fedunov, S. V. Feskov. The Influence of the Exciting Laser Pulse Frequency on the Dynamics of Back Electron Transfer: a Stochastic Model // Russian Journal of Physical Chemistry, Vol. 78, No. 8, 2004, pp. 1270-1276.
. Feskov S., Gladkikh V., Burshtein Anatoly I. Kinetics of non-thermal electron transfer controlled by the dynamical solvent effect // Chemical Physics Letters - 2008. - 6 June. -71-75 p.
. Serguei V. Feskov, Vladimir N. Ionkin, Anatoly I. Ivanov, Hans Hagemann, Eric Vauthey. Solvent and Spectral Effects in the Ultrafast Charge Recombination Dynam