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 los estados fotoexcitados de aisladores Mott unidimensionales * 1 bajo los Programas de Investigación Básica Estratégica JST.También han logrado construir una función Wannier de muchos cuerpos * 2 como el estado base localizado de los estados fotoexcitados y calcular espectros de conductividad óptica de sistemas grandes que pueden compararse con resultados experimentales.
Ha habido un interés creciente en los últimos años en cómo el estado electrónico de un sistema electrónico fuertemente correlacionado * 3 cambia en escalas de tiempo ultrarrápidas mediante la aplicación de campo eléctrico o la fotoirradiación.Por ejemplo, los experimentos demuestran que cuando un aislante Mott se excita con una luz fuerte, se crean holón y dudas * 4 y se 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 extendido de Hubbard * 5.Sin embargo, dada la capacidad de las computadoras existentes, no fue posible calcular la función de onda para un sistema grande que se puede comparar con resultados experimentales o usarla para obtener el espectro de luz incluso para sistemas unidimensionales con el estado electrónico más simple.
Por lo tanto, se ha desarrollado un modelo de carga bajo el modelo de Hubbard extendido unidimensional que se puede usar para manejar con precisión la fluctuación de carga * 6 además de las características de separación de carga por rotación * 7 de los aisladores Mott unidimensionales.Al comparar los espectros de conductividad óptica calculados con precisión del modelo extendido de Hubbard y el modelo de carga, se demostró que la fluctuación de carga es esencial para la descripción de los estados fotoexcitados y que el modelo de carga es efectivo.Además, se construyó una función Wannier de muchos cuerpos que integraba los efectos de las interacciones electrón-electrón aplicando métodos de ciencia de la información al modelo de carga, lo que resultó en la adquisición exitosa de espectros de conductividad óptica para sistemas que constan de más de 100 átomos o moléculas que podríanser comparado directamente con los resultados experimentales
La tecnología de la ciencia de la información utilizada en esta investigación debería ser aplicable al análisis teórico de los fenómenos fotoinducidos de una amplia variedad de sistemas de electrones fuertemente correlacionados. Se espera que este descubrimiento del mecanismo de la dinámica de los electrones fotoinducidos conduzca al desarrollo de ultraaltosdispositivos ópticos de alta velocidad que utilizan sistemas de electrones fuertemente correlacionados.
* 1 aislante Mott
Según la teoría de la banda, un sistema se convierte en metal cuando la banda de valencia se llena de manera incompleta. Sin embargo, un tipo de sistemas de electrones fuertemente correlacionados, el aislador Mott, se convierte en un aislante a medida que los electrones se localizan en los sitios átomos o moléculas debidoa la fuerte repulsión de Coulomb entre los electrones.
* 2 Función Wannier de muchos cuerpos
Una función de onda localizada, usar esto como el estado base hace que sea más fácil de escalar. Por lo general, se utiliza una función Wannier de un cuerpo. En esta investigación, se desarrolló un método en el que una función Wannier de muchos cuerpos que integra los efectosde la fluctuación de carga se construye.
* 3 Sistema de electrones fuertemente correlacionado
El término colectivo para un grupo de sustancias donde los electrones están sujetos a una fuerte interacción de Coulomb. El efecto de la interacción electrón-electrón tiene un efecto fundamental, generando una amplia variedad de propiedades físicas interesantes, incluida la transición metal-aislante.
* 4 Holon y dudas
El tema de esta investigación es el aislador Mott con un electrón en cada sitio. En este sistema, un sitio sin un electrón tiene una carga positiva y un sitio doblemente ocupado tiene una carga negativa. El primero se llama holón y el segundo es doblementeCuando un aislante Mott se irradia con luz, se crean en pares. Este estado se denomina par holon-dudas.
* 5 modelo extendido Hubbard
Un modelo que integra el salto entre sitios adyacentes transferencia, la interacción de Coulomb dentro de un sitio interacción de Coulomb in situ y la interacción de Coulomb entre sitios adyacentes, teniendo en cuenta solo los electrones de valencia. Se sabe que puede usarse para replicarestados de baja energía de una amplia variedad de sustancias mediante el establecimiento de parámetros adecuadamente.
* 6 Fluctuación de carga
Como aproximación, no hay excitación de una carga durante el estado fundamental de un aislador Mott, mientras que solo un par holon-dudas se excita cuando se absorbe un fotón. Sin embargo, como cuestión de mecánica cuántica, es necesarioexpresa el sistema como un compuesto de los estados en los que se excita una amplia variedad de pares de holon-dublón. Esto corresponde a la existencia de fluctuación de carga. El efecto de la fluctuación de carga siempre existe, excepto en el caso en que la energía de Coulomb en el sitio es extremadamente grande.
* 7 Separación de carga giratoria
Esto significa que los grados de libertad de giro y los grados de libertad de carga movimiento holon-dudalon son independientes entre sí. Los experimentos y la teoría demuestran que la separación de carga de giro se manifiesta de manera robusta en aisladores Mott unidimensionales con alta energía de Coulomb en el sitio.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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