A new method to analyze and understand molecular linear and nonlinear optical responses via field-induced functions: a straightforward alternative to sum-over-states (SOS) analysis

文献情報

出版日 2019-02-20
DOI 10.1039/C8CP07362G
インパクトファクター 3.676
著者

Nicolás Otero, Marcos Mandado


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要旨

The sum-over-states (SOS) method allows the computation of polarizabilities and hyperpolarizabilities additively from the contributions of different electronic excited states in a given molecule or cluster. Subsequent analysis of the main excited configurations contributing to the relevant excited states allows characterizing the orbitals involved in the linear and nonlinear optical response. Unfortunately, the chemically relevant information that can be obtained by SOS is hindered by a series of methodological and computational drawbacks. Among these drawbacks, we can highlight the high computational cost, problems arising from nonconvergent series and errors caused by the inaccurate description of excitation energies and/or higher excited state matrix elements. For this reason, coupled-perturbed schemes are currently widely used to determine the NLO potential of molecules and materials. However, such a choice limits the amount of intuitive chemical information that, on the other hand, can be retrieved by a successful SOS computation. In this work, we present and discuss a novel computational strategy that offers the means to extract the useful chemical insights from a coupled-perturbed calculation at almost negligible extra computational cost providing a transparent picture about orbital contributions to the properties of interest. The proposed method is based on the generation and further analysis of field-induced orbitals, FIOs, from the analytic or numerical derivatives of the dipole moment. Orbital symmetry rules are derived using group theory and the method is tested for a series of small and medium size systems.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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