Experimental investigation of first-order hyperpolarizability dispersion leveraging language models for molecular discovery

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Sciuti, Lucas Fiocco
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-04102024-083530/
Resumo: First-order hyperpolarizability is a molecular property of great importance for the development of sensors, optical switches, and second-order generation applications. Due to electronic effects, its dispersion makes it crucial to evaluate first-order hyperpolarizability as a function of the wavelength of the incident electric field. In this thesis, we studied such effects in chalcone- derived molecules. Initially, we demonstrated the experimental setup for measuring the dispersion of first-order hyperpolarizability using wavelength-tunable Hyper-Rayleigh scattering technique. For validation, we measured the dispersion of first-order hyperpolarizability in pNA molecules. Through one- and two-photon absorption measurements combined with Hyper-Rayleigh scattering results in chalcone-based molecules, we showed that the red-shift of electronic absorption bands and the presence of multiple absorption bands influence and enhance the nonlinear scattering effect. Finally, we applied a language modeling machine learning technique to create novel molecules biased by the difference between HOMO and LUMO. We demonstrated that 100% of the created molecules were unseen during training, with 96% of them valid for laboratory synthesis. We hope that this model will accelerate and support experimental development in discovering new molecules for use in the mentioned applications.
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spelling Experimental investigation of first-order hyperpolarizability dispersion leveraging language models for molecular discoveryInvestigação experimental da dispersão da hiperpolarizabilidade de primeira ordem usando modelos de linguagem para a descoberta molecularChalcone moleculesFirst-order hyperpolarizabilityHiperpolarizabilidade de primeira ordemLarge language modelModelo grande de linguagemMoléculas chalconasNonlinear opticsÓptica não linearFirst-order hyperpolarizability is a molecular property of great importance for the development of sensors, optical switches, and second-order generation applications. Due to electronic effects, its dispersion makes it crucial to evaluate first-order hyperpolarizability as a function of the wavelength of the incident electric field. In this thesis, we studied such effects in chalcone- derived molecules. Initially, we demonstrated the experimental setup for measuring the dispersion of first-order hyperpolarizability using wavelength-tunable Hyper-Rayleigh scattering technique. For validation, we measured the dispersion of first-order hyperpolarizability in pNA molecules. Through one- and two-photon absorption measurements combined with Hyper-Rayleigh scattering results in chalcone-based molecules, we showed that the red-shift of electronic absorption bands and the presence of multiple absorption bands influence and enhance the nonlinear scattering effect. Finally, we applied a language modeling machine learning technique to create novel molecules biased by the difference between HOMO and LUMO. We demonstrated that 100% of the created molecules were unseen during training, with 96% of them valid for laboratory synthesis. We hope that this model will accelerate and support experimental development in discovering new molecules for use in the mentioned applications.A hiperpolarizabilidade de primeira ordem é uma propriedade molecular de grande importância para o desenvolvimento de sensores, interruptores ópticos e aplicações de geração de segunda ordem. Devido a efeitos eletrônicos sua dispersão faz com que seja importante avaliar a primeira hiperpolarizabilidade como função do comprimento de onda do campo elétrico incidente. Nesta tese, estudamos tais efeitos em moléculas derivadas de chalconas. Inicialmente, demonstramos o aparato experimental para a medida da dispersão da primeira hiperpolarizabilidade através da técnica de espalhamento Hyper-Rayleigh ajustável pelo comprimento de onda. Para sua validação, medimos a dispersão da primeira hiperpolarizabilidade em moléculas de pNA. Através de medidas de absorção de um e dois fótons juntamente com os resultados do espalhamento Hyper-Rayleigh em moléculas baseada em chalconas, demonstramos que o deslocamento de bandas absorção eletrônicas para o vermelho e a presença de várias bandas de absorção influencia e aumenta o efeito espalhamento não linear. Por fim, aplicamos técnica de aprendizado de máquina de modelagem de linguagem para criação de moléculas inéditas enviesadas pela diferença entre HOMO e LUMO. Mostramos que 100% das moléculas criadas não foram vistas durante o treinamento, com 96% delas válidas para criação em laboratório. Esperamos que esse modelo acelere e apoie o desenvolvimento experimental no descobrimento de novas moléculas para o uso nas aplicações mencionadas.Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USPBoni, Leonardo DeSciuti, Lucas Fiocco2024-09-17info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfhttps://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76132/tde-04102024-083530/reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USPinstname:Universidade de São Paulo (USP)instacron:USPLiberar o conteúdo para acesso público.info:eu-repo/semantics/openAccesseng2024-10-07T19:01:02Zoai:teses.usp.br:tde-04102024-083530Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.teses.usp.br/PUBhttp://www.teses.usp.br/cgi-bin/mtd2br.plvirginia@if.usp.br|| atendimento@aguia.usp.br||virginia@if.usp.bropendoar:27212024-10-07T19:01:02Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP - Universidade de São Paulo (USP)false
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