Assistent-professor Ohmura Shu en professor Takahashi Akira van het Nagoya Institute of Technology en anderen hebben een ladingsmodel ontwikkeld om foto-opgewonden toestanden van eendimensionale Mott-isolatoren te beschrijven in het kader van de JST Strategic Basic Research Programs. Ze zijn er ook in geslaagd een Wannier-functie met veel lichamen te construeren als de gelokaliseerde basistoestand van de foto-geëxciteerde toestanden en het berekenen van grote systemen, optische geleidbaarheidsspectra die kunnen worden vergeleken met experimentele resultaten.

De laatste jaren is er een groeiende belangstelling voor hoe de elektronische toestand van een sterk gecorreleerd elektronensysteem verandert op ultrasnelle tijdschalen door toepassing van elektrische velden of fotobestraling. Bijvoorbeeld, experimenten tonen aan dat wanneer een Mott-isolator wordt geëxciteerd met een sterk licht, holons en doublons worden gemaakt en snel gemetalliseerd. Om dit fysieke mechanisme te begrijpen, het is noodzakelijk om een ​​theoretische berekening van de golffunctie van het systeem uit te voeren. De elektronische toestand van een sterk gecorreleerd elektronensysteem kan worden beschreven met een uitgebreid Hubbard-model. Echter, gezien de capaciteit van bestaande computers, het was niet mogelijk om de golffunctie te berekenen voor een groot systeem dat kan worden vergeleken met experimentele resultaten of om het te gebruiken om het lichtspectrum te verkrijgen, zelfs niet voor eendimensionale systemen met de eenvoudigste elektronische toestanden.

Daarom, er is een ladingsmodel ontwikkeld onder het eendimensionale uitgebreide Hubbard-model dat kan worden gebruikt om ladingsfluctuaties nauwkeurig aan te pakken naast de spin-ladingscheidingskenmerken van eendimensionale Mott-isolatoren. Door de nauwkeurig berekende optische geleidbaarheidsspectra van het uitgebreide Hubbard-model en het ladingsmodel te vergelijken, er werd aangetoond dat ladingsfluctuatie essentieel is voor de beschrijving van de foto-geëxciteerde toestanden en dat het ladingsmodel effectief is. Bovendien, er werd een veellichaams-Wannier-functie geconstrueerd die de effecten van elektron-elektron-interacties integreerde door informatiewetenschappelijke methoden toe te passen op het ladingsmodel, wat resulteerde in de succesvolle verwerving van optische geleidbaarheidsspectra voor systemen bestaande uit meer dan 100 atomen of moleculen die direct konden worden vergeleken met experimentele resultaten.

De informatiewetenschappelijke technologie die in dit onderzoek wordt gebruikt, moet toepasbaar zijn op de theoretische analyse van foto-geïnduceerde verschijnselen van een grote verscheidenheid aan sterk gecorreleerde elektronensystemen. Deze ontdekking van het mechanisme van de foto-geïnduceerde elektronendynamica zal naar verwachting leiden tot de ontwikkeling van ultrasnelle optische apparaten die sterk gecorreleerde elektronensystemen gebruiken.