Diagrama esquemático del modelo de carga. El efecto de las interacciones electrón-electrón se integra mediante la adición de estados de base de pares múltiples de holón-doble (derecha) a estados de base de un holón-doble (izquierda). Aquí, los puntos negros representan sitios ocupados individualmente. Crédito:Instituto de Tecnología de Nagoya
El profesor asistente Ohmura Shu y el profesor Takahashi Akira del Instituto de Tecnología de Nagoya y otros han desarrollado un modelo de carga para describir estados fotoexcitados de aisladores Mott unidimensionales bajo los Programas de Investigación Básica Estratégica de JST. También han logrado construir una función de Wannier de muchos cuerpos como el estado base localizado de los estados fotoexcitados y calcular el sistema grande, espectros de conductividad óptica que se pueden comparar con resultados experimentales.
Ha habido un creciente interés en los últimos años en cómo cambia el estado electrónico de un sistema de electrones fuertemente correlacionado en escalas de tiempo ultrarrápidas a través de la aplicación de campo eléctrico o la fotoirradiación. Por ejemplo, Los experimentos demuestran que cuando un aislante Mott se excita con una luz fuerte, los holones y los dobles se crean y metalizan rápidamente. Para comprender este mecanismo físico, es necesario realizar un cálculo teórico de la función de onda del sistema. El estado electrónico de un sistema de electrones fuertemente correlacionado se puede describir con un modelo de Hubbard extendido. Sin embargo, dada la capacidad de las computadoras existentes, No fue posible calcular la función de onda para un sistema grande que pueda compararse con los resultados experimentales o usarla para obtener el espectro de luz incluso para sistemas unidimensionales con los estados electrónicos más simples.
Por lo tanto, Se ha desarrollado un modelo de carga bajo el modelo Hubbard extendido unidimensional que se puede utilizar para manejar con precisión la fluctuación de la carga además de las características de separación de espín-carga de los aisladores Mott unidimensionales. Al comparar los espectros de conductividad óptica calculados con precisión del modelo de Hubbard extendido y el modelo de carga, Se demostró que la fluctuación de la carga es esencial para la descripción de los estados fotoexcitados y que el modelo de carga es efectivo. Es más, Se construyó una función de Wannier de muchos cuerpos que integró los efectos de las interacciones electrón-electrón aplicando métodos de ciencia de la información al modelo de carga, resultando en la adquisición exitosa de espectros de conductividad óptica para sistemas que constan de más de 100 átomos o moléculas que podrían compararse directamente con los resultados experimentales.
Comparación de los espectros de conductividad óptica entre el modelo de carga y el modelo de Hubbard extendido. Se muestran los espectros de conductividad óptica para un sistema que consta de 14 átomos. El espectro calculado a partir del modelo de carga (línea roja) coincide cuantitativamente con el calculado a partir del modelo de Hubbard extendido (negro roto), mientras que el calculado sin fluctuación de carga (azul sólido) cambia alrededor de 2 eV (electrón voltio). Crédito:2009 The American Physical Society
Espectros de conductividad óptica calculados mediante el uso de funciones de Wannier de muchos cuerpos. (a) Comparación del modelo de carga y el método de las funciones de Wannier de muchos cuerpos. El método de las funciones de Wannier de muchos cuerpos reproduce bien el espectro de conductividad óptica calculado a partir del modelo de carga para un sistema que consta de 40 átomos. (b) Dependencia del tamaño del sistema de los espectros calculados utilizando las funciones de Wannier de muchos cuerpos. La distribución espectral se vuelve amplia a medida que aumenta el tamaño del sistema hasta que el tamaño alcanza aproximadamente 200. Crédito:2009 The American Physical Society
La tecnología de las ciencias de la información utilizada en esta investigación debería ser aplicable al análisis teórico de fenómenos fotoinducidos de una amplia variedad de sistemas electrónicos fuertemente correlacionados. Se espera que este descubrimiento del mecanismo de la dinámica de electrones fotoinducidos conduzca al desarrollo de dispositivos ópticos de ultra alta velocidad que utilizan sistemas de electrones fuertemente correlacionados.
