Luminescente materialen zenden zichtbaar licht uit door de overgang van een hoog- naar een laag-energetische toestand. Zij worden in uiteenlopende toepassingsdomeinen gebruikt. Klassieke toepassingsen zijn de verlichting- en beeldschermindustrie, maar recent worden ook nieuwe materiaaltypes met luminescente eigenschappen onderzocht en geproduceerd en is er veel aandacht voor nieuwe applicaties zoals sensoren en zonnecellen of om geneesmiddelen te traceren.

Om luminescente eigenschappen van moleculen en materialen goed te begrijpen, is een gedetailleerde kennis van de elektronische structuur noodzakelijk. Met moet het potentiële energie-oppervlak (potential energy surface, PES) van zowel de grondtoestand (aangeduid met S0 in de figuur) als van geëxciteerde toestanden (S1 en S2 in Figuur (a)) zo accuraat mogelijk beschrijven. De theoretische modellering van deze PES oppervlakken is zeer uitdagend, en dit in het bijzonder voor de geëxciteerde toestanden.

In het Centrum voor Moleculaire Modelering wordt er veel onderzoek uitgevoerd naar de accurate berekening van verschillende elektronische spectra. Bij de berekening van lichtabsorptie (dus de overgang van de grondtoestand naar een geëxciteerde toestand) bleek dat een statische benadering niet in staat is om accurate voorspellingen te doen. Een statische simulatie houdt in dat er gezocht wordt naar een energetisch gunstige geometrie op een welbepaald tijdstip. Een realistisch veeldeeltjessysteem is echter dynamisch en varieert in de tijd, en met behulp van Moleculaire Dynamica (MD) simulaties kan de tijdsevolutie van de moleculaire geometrie in rekening gebracht worden. Dit levert een ensemble van geometrieën op. Voor de bepaling van absorptie-energieën is een uitmiddeling over dit ensemble zeer succesvol.

Indien men gelijkaardige methoden wil toepassen om luminescentie te beschrijven, is echter een ensemble van moleculaire geometrieën in de geëxciteerde toestand nodig. Hiervoor is een accurate beschrijving van de geëxciteerde potentiële energie-oppervlakken (S1 of S2) nodig.

Het doel van deze thesis is om Moleculaire Dynamica simulaties op deze geëxciteerde energie-oppervlakken uit te voeren. Dit kan gebeuren door het opstellen van een Newtoniaans (klassiek) krachtveld. De input van dit krachtveld wordt bekomen via berekeningen waarbij enkel rekening wordt gehouden met de geoptimaliseerde grond- en geëxciteerde toestand (dit wordt een statische beschrijving genoemd). Dergelijke berekeningen worden op dit ogenblik al succesvol uitgevoerd binnen het CMM. Tijdsafhankelijke dichtheidsfunctionaaltheorie wordt aangewend om de S1 of S2 oppervlakken te berekenen. Deze masterthesis zal aansluiten bij dit onderzoek en zal nieuwe aspecten in detail bestuderen.

In eerste instantie zullen kleinere modelsystemen bestudeerd worden, waarop de verschillende methoden uitvoerig worden getest, om vervolgens toe te passen op grotere luminescente systemen. Een voorbeeld van een dergelijk systeem is weergegven in Figuur (b): hier wordt een metaal-gefunctionalizeerde component afgebeeld die luminescent gedrag kan vertonen. Afhankelijk van de specifieke interesse van de geїnteresseerde student zal er meer aandacht gegeven worden aan de modelontwikkeling en –evaluatie of aan de toepassingen. Er is geen voorkennis vereist van kwantumfysische pakketten, dit wordt tijdens het thesisjaar aangeleerd. Dit thesisonderwerp omvat verschillende aspecten van moleculaire modelering (elektronische structuurberekeningen, opstellen van een krachtveld en uitvoeren dynamicasimulaties) en bovendien worden relevante realistische systemen onderzocht.