Лаборатория квантовой химии и молекулярного моделирования

Лаборатория является структурным подразделением Центра фотохимии РАН, основная тематика фундаментальных исследований которого посвящена разработке методов многомасштабного атомистического моделирования структуры и свойств сложных супрамолекулярных химических систем и функциональных органических материалов.

Функциональные органические материалы широко используются в органической электронике, фотонике и сенсорике в качестве полупроводниковых, светопоглощающих, светоизлучающих и светочувствительных материалов для использования в самых разнообразных областях применения: электронное оборудование, экологически чистые и экономные источники света, солнечные батареи, датчики, сенсоры и детекторы, газоанализаторы, энергосберегающие технологии, медицина, экология.

В работе лаборатории методы многомасштабного атомистического моделирования применяются для изучения возбужденных молекул в органических материалах, а также их взаимодействий с соседними молекулами. Применение теоретических методов атомистического моделирования к предсказанию свойств молекул в возбужденных состояниях особенно важно, поскльку экспериментальное исследование подобных систем представляет большие трудности.

Основным направлением исследований является разработка адекватных моделей сложной системы, содержащей возбужденные компоненты, выбор наиболее надежных методов расчета молекулярных систем с учетом ближнего и дальнего окружения, а также разработка подходящих методов описания переноса заряда или возбуждения.

В лаборатории проводятся следующие работы:

- разработка одномерной модели дффузионной подвижности носителей заряда в неупорядоченных органических материалах. Исследование и формулировка условий возникновения нетривиального когерентного механизма одномерной подвижности.

- Применение созданной ранее в лаборатории библиотеки параметров в рамках приближения EFP (Effective Fragment Potential), для моделирования окружения люминесцентных допантов и транспортных молекул в слоях. Оценка точности полученных результатов. Создание программного комплекса для автоматизации построения поляризуемого окружения с использованием библиотеки параметров приближения EFP. Исследование влияния поляризуемого окружения, представленного в рамках приближения EFP, на положение триплетных и синглетных энергетических уровней люминесцентных допантов.

- Разработка и усовершенствование подходов к расчету и объяснению спектров поглощения супрамолекулярных систем, с использованием гибридных QM/MM методов. Выработка подходов, описывающих изменение структуры спектра в зависимости от модификации геометрических параметров. Разработка подходов в рамках QM/MM для описания окружения с использованием различных моделей сольватации.

- Исследование методом молекулярной динамики формирования эксиплексов, образующихся на границе двух органических полупроводниковых слоёв и расчет их свойств методами квантовой химии. Квантово-химические расчеты свойств эксиплексов, образуемых относительно малыми молекулами

- Построение базы данных фрагментных потенциалов, молекулярно-динамическое моделирование органических материалов, подбор и разработка полей сил для металлоорганических комплексов, молекулярно-динамическое моделирование таких систем.

- Разработка и усовершенствование вычислительной методики, основанной на многоконфигурационном квантовохимическом подходе, для оценки радиационных констант, констант интеркомбинационной конверсии, а также положения синглетных и триплетных уровней в потенциальных излучателях, использующих явление термически активированной замедленной флуоресценции (thermally activated delayed fluorescence, TADF).

- Изучение внутримолекулярной локализации заряда и экситона в органических электронных и дырочных полупроводниках.

- Исследования спин-смешанных состояний фосфоресцентных комплексов иридия(III), расчет радиационных констант фосфоресценции и анализ каналов безызлучательного тушения фосфоресценции.

- Усовершенствование методики расчета уровней Ln3+ в различных лигандных окружениях с учетом спин-орбитального взаимодействия.

Эти работы весьма актуальны, имеют большую практическую и теоретическую значимость, в частности для совершенствования и разработки новых светоизлучающих, фотовольтаических и сенсорных устройств. Они полностью оригинальны и обладают значительной научной новизной.

На базе лаборатории проводится подготовка дипломов студентами 4-5 курса НИЯУ (МИФИ), сотрудниками лаборатории читается ряд спецкурсов.