Spectroscopie is een belangrijke techniek die kan leiden tot structuurkarakterisatie van moleculaire systemen en materialen. UV-Vis- en fluorescentiespectra worden veel gebruikt om kleurveranderingen te beschrijven, of om materialen te karakteriseren die welbepaalde optische eigenschappen hebben. Deze optische spectra beschrijven nl. de interacties van materie met licht in het gebied 190-380 nm (UV) en 380-750 nm (Vis) en zijn het gevolg van elektronische transities tussen de grondtoestand en een geëxciteerde toestand (zie Figuur 1).

UV-Vis absorberende of fluorescente moleculen worden aangewend in uiteenlopende toepassingsdomeinen. Ze worden bv. gebruikt als sensoren, of om de interne structuur van nanoporeuze materialen te analyseren zoals weergegeven in Figuur 2.

De berekening van UV-Vis- en flurorescentiespectra vormt een grote uitdaging aangezien dit de kennis van de geëxciteerde toestanden vereist (Figuur 1). Hiervoor kan gebruikt gemaakt worden van CI (configuration interaction)-methoden, of de tijdsafhankelijke variant van dichtheids-functionaaltheorie (TD-DFT). Deze methodes zijn computationeel behoorlijk zwaar waardoor efficiënt moet omgesprongen worden met het aantal vrijheidsgraden.

Het doel van deze thesis is de studie en modelontwikkeling van ab initio UV-Vis en fluorescentie spectra. In een eerste fase zullen elektronische spectra van modelsystemen berekend worden met behulp van bestaande pakketten. Er zullen zowel atomen als kleine moleculen bestudeerd worden. Op deze manier kunnen we meer inzicht krijgen in de belangrijke parameters, zoals bv. de invloed van het theoretisch berekeningsniveau en het gebruik van statische of dynamische simulaties. De onderzochte theoretische methoden zijn enerzijds gebaseerd op de elektronische dichtheid en anderzijds uitbreidingen van de Hartree-Fock theorie waarbij de totale golffunctie de basisgrootheid is. In een tweede fase zal er – indien de student hier interesse in toont – overgegaan worden naar grotere en realistische systemen, zoals bestaande kleurstoffen weergegeven in Figuur 2.

Dit thesisonderwerp is uitdagend aangezien de beschrijving van geëxciteerde toestanden niet evident is en veel inzicht vereist in de elektronische systeem van het onderzochte systeem. De geïnteresseerde student kan zijn/haar eigen accenten leggen. Daarnaast biedt dit onderwerp veel afwisseling, aangezien het theoretisch/fysisch modelleringsluik gecombineerd kan worden met de studie van actueel relevante systemen.