اسم الباحث : خميس شلال غياض
اسم المشرف : أ.د احمد هادي اليساري أ.م.د ثائر مهدي مدلول
الكلمات المفتاحية :
الكلية : كلية العلوم
الاختصاص : علوم الكيمياء
سنة نشر البحث : 2025
تحميل الملف : اضغط هنا لتحميل البحث
الخلاصة
تتألف هذه الرسالة من ثلاثة أقسام. يتناول القسم الأول مقدمةً عن المواد البصرية غير الخطية (NLO) وتكوين التوليد التوافقي الثاني (SHG)، بالإضافة إلى شرحٍ لعلاقة المانح والمستقبل وكيفية استخدام الجسور في نموذج الحالة الثنائية لربطهما. كما يناقش القسم الثاني البولي أوكسوميتالات (POM) ومشتقاته، بالإضافة إلى البيرين، أقوى مانح معروف. أما القسم الثاني فيتناول معادلة شرودنجر، متضمنةً أربعة تقريبات رئيسية، وكيمياء الكم، وهارتري-فوك (HF)، بالإضافة إلى خوارزمية تحويل فورييه ثنائي الطور (TDDFT) وخوارزمية تحويل فورييه ثنائي الطور (DFT)، وغيرها من المواضيع ذات الصلة. وقد وُصفت جميع النتائج في الجزء الثالث. وتُستخدم المواد البصرية غير الخطية (NLO) لتغيير ضوء الليزر من خلال ظواهر من الدرجة الثانية، مثل إنتاج التوافقي الثاني (مضاعفة التردد) وتأثيرات من الدرجة الثالثة، مثل امتصاص الفوتونات المتعددة. تركز هذه الرسالة على مواد NLO التي تتضمن مجموعات فينيل-إميدو التي تربط مانحي الإلكترونات العضوية بمستقبلات إلكترون بولي أوكسوميتالات (POM). لقد بحثنا بدقة في مركبات جديدة كمواد كيميائية قوية لـ NLO، مثل مجموعات المانحين القائمة على البيرين، وهي مانحات قوية للغاية، نظريًا وبشكل رئيسي من خلال حسابات DFT. بالإضافة إلى ذلك، تم تقييم خصائصها البصرية الخطية، واستجاباتها غير الخطية من الدرجة الثانية، وبنيتها الهندسية والكهربائية. علاوة على ذلك، تم دراسة آثار الاستبدالات (مثل مجموعات الألكيل) على قوة مانح البيرين، وبالتالي على الاستجابات. أنتج الأنيون 5 استجابات NLO ملحوظة تصل إلى [〖1349*10〗^(-30) ]esu
بزيادة قدرها ≈ 2 مقارنةً بنظيره غير الميثيلي (الأنيون2 ). تشير حسابات TD-DFT إلى أن الانتقال القوي منخفض الطاقة ناتج بشكل رئيسي عن انتقال الشحنة (CT) من أريل أميد البيرين إلى مجموعة الهيكساموليبدات. وفقًا لذلك، يُعزى السلوك البصري الخطي وغير الخطي للمركبات إلى التواصل القوي بين مكونات POM والبيرين. على الرغم من أن عملية أورثوميثيليشن لرابطة الإيميدو تُقلل بشكل كبير من قابلية الاستقطاب الفائق الأولية، إلا أن لها تأثيرًا كبيرًا على استقرار الرابطة، وبالتالي على طولها وخطيتها، بالإضافة إلى نشاط NLO. مع الحفاظ على شفافية عالية، تُظهر نتائج TDDFT أن مزيج البيرين-POM يُظهر نشاط NLO استثنائيًا مقارنةً بالأنظمة العضوية البسيطة المشابهة.
Design and Investigation of New Hybrid Materials as Nonlinear Optical Chromophores
Abstract
Three sections make up this thesis. An introduction to non-linear optical (NLO) materials and second-harmonic Generation (SHG) formation is covered in the first section, along with an explanation of the donor-acceptor relationship and how bridges are used in the Two-State Model to connect them. Additionally Polyoxometalate (POM)and its variants, are discussed as well as pyrene, the strongest doner known. The second section examines the Schrödinger equation, includes four key approximations, quantum chemistry, and Hartree-Fock (HF). It also TDDFT, DFT, and other related subjects. All of the results were described in the third part. Through second-order phenomena like second harmonic production (frequency doubling) and third-order effects like multi-photon absorption, non-linear optical (NLO) materials are utilized to alter laser light. This thesis focuses on NLO materials that include phenyl-imido groups that link organic electron donors to polyoxometalate (POM) electron acceptors. We have thoroughly investigated novel compounds as strong NLO chemicals, such as pyrene-based donor groups, which are incredibly powerful donors, both theoretically and mostly by DFT calculations. Additionally, their linear optical properties, second-order nonlinear responses, and geometric and electrical structures have all been assessed. Moreover, the effects of substitutions (such alkyl and phenyl groups) on the donor strength of pyrene and, therefore, on the responses have been investigated. Anion 5 produced a remarkable NLO responses of up to (1349 ×10-30esu) an increase of ≈ 2 compared to its un-methylated analogue (anion 2).TD-DFT calculations indicate that the strong low-energy transition is mainly caused by the charge transfer (CT) from pyrene arylamide to the hexamolybdate cluster. According to this, the compounds’ linear and non-linear optical behaviour is caused by substantial communication between the POM and pyrene components. Even though it drastically lessens the initial hyperpolarizability, ortho-methylation of the imido-bond has a considerable impact on the stability and, consequently, the length and linearity of the bond as well as the NLO activity. While maintaining a respectably high transparency wind, the TDDFT results show that the pyrene-POMs combination exhibits extraordinary NLO activity in comparison to similar simply organic systems.


