这是本文档旧的修订版!
前言:
自旋-轨道耦合对于磷光很重要,因为如果二者耦合如果严格为0,那么单重态和三重态之间的跃迁就会成为禁阻跃迁,就不会有磷光发生。
有时候我们需要关心某个特定几何结构下(例如S0态与T1态势能面交叉点处),S0态与T1态之间自旋轨道耦合。用算符来表示即:<S0|SOC|T1>,也就是自旋-轨道耦合算符,左边乘以S0态、右边乘以T1态,然后在全空间积分得到的一个实数(包括实部和虚部)。这个实数有时候我们把它称作矩阵元,这是因为可能有很多个态,比如S0、T1、S1、S2、S3、T2、T3……,这些所有态之间,都可以有这样一个积分得到的实数。如果把这些态,按序号排列好,分别叫做State n(N=1,2,3……N),那么就可以对应为一个N*N的矩阵,i行j列,即为<State i|SOC|State j>。
这个矩阵有一个特点,也就是i行j列与j行i列是共轭关系:二者实部相同,虚部反号,因此二者的模相等。我们可能更关心这个实数的模,即实数的实部与虚部的平方和。因此我们通过计算,然后找到该矩阵元的实部和虚部,之后求取平方和即可。
步骤:
此处以CH4举例(C1群分子输出结果更简单)
第一步,优化分子结构(详情请点击);
第二步,进行自旋-轨道耦合矩阵元的计算。这一步计算的物理意义:首先以Scalar相对论(无自旋轨道耦合的相对论方法)将较低的单重激发态和三重激发态计算出来,然后将自旋-轨道耦合视为微扰,得到自旋-轨道耦合矩阵元,然后也得到考虑微扰之后的各个激发态的激发能(此时,三重态可能会发生劈裂,即三个态能量不等——这就是由自旋-轨道耦合引起的)。
因此,计算参数设置如下:
在Details — User input输入:
PRINT SOMATRIX GSCORR
保存任务并运行。
第三步,查看结果:
首先在*.out文件中找到我们需要的态,例如T1与S0。首先找到S0态所属的不可约表示(如果没有对称性,点群为C1,那么就只有一个不可约表示,名为A),在此例中,S0态属于不可约表示A1:
然后找到T1所属的不可约表示。值得一提的是,如果T1与S0不属于同一个不可约表示,那么将会有:<S0|SOC|T1>=0,不属于同一个不可约表示的两个态之间的自旋-轨道耦合矩阵元都为0。
那么我们首先找到S0(激发能为0)在不可约表示A1。那么激发态的情况呢?
首先,我们看考虑自旋-轨道耦合前的情况:
All SINGLET-SINGLET excitation energies
no. E/a.u. E/eV f Symmetry ----------------------------------------------------- 1: 0.39783 10.82553 0.1905 T2 2: 0.39783 10.82553 0.1905 T2 3: 0.39783 10.82553 0.1905 T2 4: 0.49837 13.56123 0.7582E-37 T1 5: 0.49837 13.56123 0.7582E-37 T1 6: 0.49837 13.56123 0.7582E-37 T1 7: 0.50733 13.80506 0.000 E 8: 0.50733 13.80506 0.000 E 9: 0.52444 14.27087 0.4281 T2 10: 0.52444 14.27087 0.4281 T2 11: 0.52444 14.27087 0.4281 T2 12: 0.56466 15.36507 0.000 A1 13: 0.69442 18.89620 0.3788E-36 T1 14: 0.69442 18.89620 0.3788E-36 T1 15: 0.69442 18.89620 0.3788E-36 T1 16: 0.69649 18.95241 0.000 E 17: 0.69649 18.95241 0.000 E 18: 0.70378 19.15090 0.000 A1 19: 0.72843 19.82160 0.1097E-01 T2 20: 0.72843 19.82160 0.1097E-01 T2 21: 0.72843 19.82160 0.1097E-01 T2 22: 0.79620 21.66571 0.000 A1