Effects of Optical Intra-gap Transitions on Superexchange Interaction in La2CuO4 with Nonequilibrium Photoexcited Centers

Abstract

We investigated the effects of excited many-electron states in the optical control of the magnetic state in undoped Mott-Hubbard insulator. To derive the spin Hamiltonian in material under optical pumping we have used many-electron approach based on the X-operator representation. Extending the projection op erators approach on arbitrary energy spectra of the Mott-Hubbard insulator, we obtained the Hamiltonian of superexchange interaction in analytical form. The Hamiltonian includes the spin-exciton variables which are usually missing in discussion on the magnetic response to optical pumping, and is not additive over contributions from the ground and optically excited states. As a test, a microscopic background for the optical induced superexchange was analyzed in La2CuO4(further La214)

Мы исcледовали эффекты возбужденных многоэлектронных состояний в оптическом способе управления магнитным состоянием недопированных Мотт-Хаббардовских материалов. Для вывода спинового гамильтониана в веществе под воздействием оптической накачки был использован многоэлектронный метод, основанный на представлении X-операторов. С помощью обобщенного на произвольный энергетический спектр метода проекционных операторов мы получили гамильтониан суперобменного взаимодействия в аналитической форме. Гамильтониан является не аддитивными по вкладам от основных и оптически возбуждённых состояний, а также содержит спин-экситонные переменные, которые обычно отсутствуют в обсуждении магнитного отклика на оптическую накачку. В качестве конкретного приложения для теории мы рассчитали индуцированный суперобмен для оптически возбужденного купрата La2CuO4(в дальнейшем La214).