Ladningsmodel til beregning af foto-exciterede tilstande af endimensionelle Mott-isolatorer

Adjunkt Ohmura Shu og professor Takahashi Akira fra Nagoya Institute of Technology og andre har udviklet en ladningsmodel til at beskrive fotoexciterede tilstande af endimensionelle Mott-isolatorer under JST Strategic Basic Research Programmer. Det er også lykkedes dem at konstruere en Wannier-funktion med mange kroppe som den lokaliserede basistilstand for de fotoexciterede tilstande og beregne store system, optiske ledningsevnespektre, der kan sammenlignes med eksperimentelle resultater.

Der har i de senere år været stigende interesse for, hvordan den elektroniske tilstand af et stærkt korreleret elektronsystem ændrer sig på ultrahurtige tidsskalaer gennem anvendelse af elektriske felter eller fotobestråling. For eksempel, eksperimenter viser, at når en Mott-isolator exciteres med et stærkt lys, holoner og dubloner dannes og metalliseres hurtigt. For at forstå denne fysiske mekanisme, det er nødvendigt at udføre en teoretisk beregning af systemets bølgefunktion. Den elektroniske tilstand af et stærkt korreleret elektronsystem kan beskrives med en udvidet Hubbard-model. Imidlertid, i betragtning af kapaciteten af ​​eksisterende computere, det var ikke muligt at beregne bølgefunktionen for et stort system, der kan sammenlignes med eksperimentelle resultater, eller at bruge det til at opnå lysspektret selv for endimensionelle systemer med de enkleste elektroniske tilstande.

Derfor, en ladningsmodel er blevet udviklet under den endimensionelle udvidede Hubbard-model, der kan bruges til nøjagtigt at håndtere ladningsudsving udover spin-ladningsadskillelseskarakteristikaene for endimensionelle Mott-isolatorer. Ved at sammenligne de præcist beregnede optiske ledningsevnespektre for den udvidede Hubbard-model og ladningsmodellen, det blev påvist, at ladningsudsving er afgørende for beskrivelsen af ​​de fotoexciterede tilstande, og at ladningsmodellen er effektiv. I øvrigt, en Wannier-funktion med mange legeme, der integrerede virkningerne af elektron-elektron-interaktioner ved at anvende informationsvidenskabelige metoder til ladningsmodellen, blev konstrueret, resulterer i den vellykkede erhvervelse af optiske ledningsevnespektre for systemer bestående af mere end 100 atomer eller molekyler, der kan sammenlignes direkte med eksperimentelle resultater.

Den informationsvidenskabelige teknologi, der anvendes i denne forskning, bør være anvendelig til den teoretiske analyse af foto-inducerede fænomener af en lang række stærkt korrelerede elektronsystemer. Denne opdagelse af mekanismen bag den foto-inducerede elektrondynamik forventes at føre til udviklingen af ​​ultrahøjhastigheds optiske enheder, der anvender stærkt korrelerede elektronsystemer.