Assisterande professor Ohmura Shu och professor Takahashi Akira vid Nagoya Institute of Technology och andra har utvecklat en laddningsmodell för att beskriva foto-upphetsade tillstånd hos endimensionella Mott-isolatorer under JST Strategic Basic Research Programs. De har också lyckats konstruera en Wannier-funktion med många kroppar som det lokaliserade bastillståndet för de fotoexciterade tillstånden och beräkna stora system, optiska konduktivitetsspektra som kan jämföras med experimentella resultat.

Det har funnits ett växande intresse under de senaste åren för hur det elektroniska tillståndet hos ett starkt korrelerat elektronsystem förändras på ultrasnabba tidsskalor genom applicering av elektriska fält eller fotobestrålning. Till exempel, experiment visar att när en Mott-isolator exciteras med ett starkt ljus, holoner och doubloner skapas och metalliseras snabbt. För att förstå denna fysiska mekanism, det är nödvändigt att utföra en teoretisk beräkning av systemets vågfunktion. Det elektroniska tillståndet för ett starkt korrelerat elektronsystem kan beskrivas med en utökad Hubbard-modell. Dock, med tanke på kapaciteten hos befintliga datorer, det var inte möjligt att beräkna vågfunktionen för ett stort system som kan jämföras med experimentella resultat eller att använda det för att erhålla ljusspektrat även för endimensionella system med de enklaste elektroniska tillstånden.

Därför, en laddningsmodell har utvecklats under den endimensionella utökade Hubbard-modellen som kan användas för att exakt hantera laddningsfluktuationer utöver spin-laddningsseparationsegenskaperna hos endimensionella Mott-isolatorer. Genom att jämföra de exakt beräknade optiska konduktivitetsspektra för den utökade Hubbard-modellen och laddningsmodellen, det visades att laddningsfluktuationer är avgörande för beskrivningen av de fotoexciterade tillstånden och att laddningsmodellen är effektiv. Dessutom, En Wannier-funktion med många kroppar som integrerade effekterna av elektron-elektroninteraktioner genom att tillämpa informationsvetenskapliga metoder på laddningsmodellen konstruerades, vilket resulterade i det framgångsrika förvärvet av optiska konduktivitetsspektra för system som består av mer än 100 atomer eller molekyler som direkt kan jämföras med experimentella resultat.

Den informationsvetenskapliga teknologin som används i denna forskning bör vara tillämpbar på den teoretiska analysen av fotoinducerade fenomen av en mängd olika starkt korrelerade elektronsystem. Denna upptäckt av mekanismen för den fotoinducerade elektrondynamiken förväntas leda till utvecklingen av ultrahöghastighetsoptiska enheter som använder starkt korrelerade elektronsystem.