通过TDDFT的计算,可以直接得到跃迁偶极矩。但有时候,我们也希望不通过TDDFT,就未卜先知地了解具有对称性的分子中,哪个占据轨道到哪个空轨道之间的跃迁是否禁阻跃迁。如果通过下面的判断,得到的跃迁是禁阻跃迁,则通过TDDFT计算,得到的跃迁偶极矩一定为0,因为这是分子的对称性的必然要求。但如果通过下面的判断,得到非禁阻跃迁,TDDFT计算得到的跃迁偶极矩,可能是非零的,也即这个跃迁在物理上是允许发生的;但有时候由于分子占据轨道与空轨道的空间分布的重叠很小,虽然对称性上不禁阻该跃迁,但跃迁偶极矩可能仍然很小,甚至为0。
下面是在对称性上的直接判断过程。
1,在http://www.webqc.org/symmetrypointgroup-td.html查询:该点群的分子,其偶极矩所属不可约表示,即linear rotations那一节,含有(x,y,z)或其中一部分,例如z,例如(x,y)等,所在的不可约表示。例如Td群为T2,D5d则有两个不可约表示,包括A2u和E1u。
2,在该网站查询:占据轨道不可约表示、偶极矩不可约表示、空轨道的不可约表示,三者的直积。如果直积结果中包含全对称的成分(也就是用符号“E”表示的成分),则是表示该分子从该占据轨道跃迁到该空轨道,是许可跃迁,如果没有全对称成分,则为禁阻跃迁。如果存在多个偶极矩不可约表示,则只要任意一个偶极矩不可约表示直积后产生了全对称成分,就不是禁阻跃迁。
3,还有一种更简单的做法,就是把占据轨道的不可约表示和空轨道不可约表示进行直积,如果产生的不可约表示,包含偶极矩不可约表示,则为许可激发,例如对D5d,直积后如果含A2u或者E1u就不是禁阻跃迁。
例子:
CH4是Td群对称的。在该网站查询到该点群的情况:
通过ADF的密度泛函计算,可以得到CH4基态的能级分布(包括占据轨道和空轨道):
例如我们考察HOMO-3(鼠标放在该能级上,显示该能级为A1不可约表示的第2个轨道。注意轨道序号是按能量从低到高排列)跃迁到LUMO(鼠标放在该能级上,显示该能级为A1不可约表示的第3个轨道),是否为禁阻跃迁。根据上面第一个图,可以看到linear rotations(x,y,z)对应的那一行首为T2、占据轨道不可约表示、空轨道不可约表示均为A1,我们计算A1、T2、A1三者的直积:
从第一图中:
A1直积T2=T2
因此,A1直积T2直积A1=T2直积A1=T2,其中不包含E的成分,因此为禁阻跃迁。
如果我们考察HOMO-3跃迁到LUMO+4(不可约表示为T2),那么按照直积表中查询的结果:
A1直积T2=T2
A1直积T2直积T2=T2直积T2=A1+E+T1+T2。其中包括E的成分,因此,在对称性方面是允许的跃迁。