NONLINEAR OPTICAL PROPERTIES OF BC₅CLUSTERS

Abstract

NONLINEAR OPTICAL PROPERTIES OF BC 5 CLUSTERS. The first (β) and second (γ) hyperpolarizabilities of BC 5 clusters were investigated through the PM6, PM3, and MNDO-d semiempirical Hamiltonians. The I -4m2, Imm2, P3m1, and P -1 phases that are pointed out in literature as likely candidates of the BC 5 superhard diamondlike real structure were investigated. In this way, the stability analysis of the BC 5 clusters was performed. Moreover, insights into the nonlinear mechanisms were obtained via Resonating Valence Bond (RVB) theory. The semiempirical methodology was evaluated in relation to the β and γ hyperpolarizabilities by considering fully characterized nonlinear organic molecules reported in the literature. The high values of the dynamic β and γ hyperpolarizabilities exhibited by the BC 5 phases demonstrate that these clusters present potential applications as nonlinear optical media.Keywords: BC 5 superhard diamondlike; nonlinear optical properties; TDHF method; CPHF technique; semiempirical calculations. INTRODUÇÃOO BC 5 é um material caracterizado experimentalmente na literatura que possui excepcionais propriedades térmicas e mecânicas. Em adição, estudos teóricos indicam um caráter metálico e supercondutor.1-5 Por ser superabrasivo e apresentar elevada dureza, existe a possibilidade deste material substituir o diamante em aplicações tecnológicas.6,7 Várias propriedades do BC 5 têm sido exploradas em investigações teóricas e experimentais, todavia, as propriedades ópticas não lineares (ONL) ainda não foram contempladas. A maioria dos estudos sobre esse material abordam a sua real estrutura cristalina, uma vez que o padrão de difração de raios-X do BC 5 não permite determiná-la devido aos valores similares dos números atômicos dos átomos de B e C. Alguns grupos teóricos sugerem que mais de uma fase reproduz satisfatoriamente o padrão de difração de raios-X e indicam quais as fases que são termodinamicamente mais estáveis.7 Até o presente momento não há unanimidade em relação à real estrutura do BC 5 (bulk). Esse sistema é descrito através de ligações multicentros visto que o B e o C formam ligações sp 3 hibridizadas, porém o B possui deficiência de elétrons de valência e não forma quatro ligações. Assim, os elétrons são compartilhados entre unidades de B-C-B formando duas ligações de dois elétrons e três centros. Também, a deslocalização de elétrons nas ligações (planos) do B-C-B foi demonstrada através de cálculos de estrutura de banda. Diversos fatores influenciam a magnitude das hiperpolarizabilidades β e γ, dos quais podemos destacar a dimensionalidade, a simetria e a ressonância. 13 Assim, consideramos nesse estudo as fases do BC 5 que satisfatoriamente reproduzem o padrão de difração de raios-X e que são termodinamicamente estáveis, permitindo a indicação de quais clusters exibem os valores mais significativos de β e/ou γ. Através dos valores dos coeficientes β e γ é possível estimar o potencial uso de um material como meio óptico não linear. Novas classes de materiais que apresentam propriedades ONL s...