Exact solution of a variety of X-ray probes in the Falicov-Kimball model with dynamical mean-field theory

We examine the core-level X-ray photoemission spectroscopy (XPS), X-ray absorption near-edge spectroscopy (XANES) and X-ray emission spectroscopy (XES) in the Falicov-Kimball model by using the exact solution from dynamical mean-field theory. XPS measures the core-hole propagator, XANES measures the absorption of X-rays when the core electron is excited to an unoccupied electronic state of the solid and is not emitted, and XES measures the spectra of light emitted as electrons fill the core-hole state created via some form of X-ray excitation. These three spectra are closely related to one another and display orthogonality catastrophe behavior at T=0. We show an efficient way of evaluating these spectra at finite temperature, with a primary focus on the details of XANES.Дослiджуються рентґенiвськi спектри фотоелектронної емiсiї (XPS), передкрайового поглинання (XANES) та фотоемiсiї (XES) для моделi Фалiкова-Кiмбала, використовуючи точнi розв’язки теорiї динамiчного середнього поля. XPS вимiрює пропагатор дiрки йонного залишку, XANES — поглинання X-променiв, коли електрон йонного залишку збуджується в незаповнену електронну зону твердого тiла, i XES — спектр випромiненого свiтла при заповненнi електроном наперед створеної X-променями дiрки йонного залишку. Всi цi три типи спектрiв тiсно пов’язанi мiж собою i проявляють особливостi типу катастрофи ортогональ-ностi при T = 0. Показано, як ефективно розраховувати такi спектри для скiнчених температур, зокрема з детальнiшим наголосом на спектри XANES

Nonlocal correlations in the optical conductivity spectra

Optical conductivity spectra are studied for the Falicov-Kimball model with correlated hopping on the Bethe lattice. An expression for the current-current correlation function is derived using dynamical mean field theory. In the metallic phase with small correlated hopping values, the shape of Drude peak deviates from the Debye relaxation peak, and an additional wide peak is observed on the optical conductivity spectra and on Nyquist plot when Fermi level is in the vicinity of the two particle resonance. At larger values of the correlated hopping parameter, the density of states contains three bands and the corresponding optical spectra and Nyquist plots display a more complicated shape with additional peaks. For strong local correlations, the correlated hopping reduces the width of the upper Hubbard band resulting in a decrease of the Drude peak spectral weight for the doped Mott insulator.Для моделi Фалiкова-Кiмбала з корельованим переносом на ґратцi Бете дослiджено спектри оптичної провiдностi. Використовуючи теорiю динамiчного середнього поля, отримано вирази для кореляцiйних функцiй струм-струм. В металiчнiй фазi i для малих значень корельованого переносу спостерiгається вiдхилення форми пiку Друде вiд дебаївської релаксацiї та виявлено появу додаткового широкого пiку на спектрах оптичної провiдностi i дiаграмах Найквiста, коли рiвень Фермi знаходиться поблизу двочастинкового резонансу. Для бiльших значень величини корельованого переносу, густина станiв мiстить три зони, а вiдповiднi оптичнi спектри та дiаграми Найквiста набувають складної форми з додатковими пiками. Для сильних локальних кореляцiй врахування корельованого переносу приводить до звуження верхньої хаббардiвської зони та зменшення спектральної ваги пiку Друде для легованих моттiвських дiелектрикiв

Resonant Enhancement of Electronic Raman Scattering

We present an exact solution for electronic Raman scattering in a single-band, strongly correlated material, including nonresonant, resonant and mixed contributions. Results are derived for the spinless Falicov-Kimball model, employing dynamical mean field theory; this system can be tuned through a Mott metal-insulator transition.Comment: 4 pages, 3 figures, contribution to the SNS'2004 conferenc

Resonant electronic Raman scattering near a quantum critical point

We calculate the resonant electronic Raman scattering for the Falicov-Kimball model near the Mott transition on a hypercubic lattice. The solution is exact, and employs dynamical mean field theory.Comment: 2 pages, 2 figures, contribution to the SCES04 conferenc

Interpreting pulse-shape effects in pump-probe spectroscopies

The effect of the pulse-shape on pump-probe spectroscopies is examined for the simplest model of noninteracting fermions on an infinite-dimensional hypercubic lattice. The probe-modified density of states follows the time evolution of the pump and displays narrowing and Floquet-like sidebands at the pump maximum, whereas the photoelectron spectra are also strongly affected by the nonequilibrium occupation of the single-particle states due to the excitation from the pump. The nonequilibrium Raman cross section is derived, and the nonresonant one in both the A1g and B1g symmetries contains a number of peaks at the pump maximum, which can be attributed to an interference effect or Brillouin scattering off the time variations of the stress tensor. Both the “measured” occupation of single-particle states and the ratio of Stokes to anti-Stokes peaks are strongly modified by the probe-pulse width, which must be included in the interpretation of experimental results.Дослiджено вплив форми iмпульсу в експериментах з iмпульсами нагнiтання та вимiру для випадку найпростiшої моделi невзаємодiючих фермiонiв на безмежновимiрнiй гiперкубiчнiй ґратцi. Отримано, що модифiкована iмпульсом вимiру густина станiв слiдує часовiй еволюцiї iмпульсу нагнiтання. Коли iмпульс нагнiтання досягає максимуму, пiк на густинi станiв вужчає i з’являються додатковi Флоке-подiбнi боковi зони. Спектри фотоелектронної емiсiї також зазнають значних змiн внаслiдок нерiвноважного заповнення одночастинкових станiв пiд дiєю iмпульсу нагнiтання. Виведено формулу для розрахунку нерiвноважного перерiзу комбiнацiйного розсiяння свiтла та отримано, що нерiвноважна складова перерiзу розсiяння як для A1g, так i для B1g симетрiй має багатопiкову структуру, що може бути пояснено ефектами iнтерференцiї чи брiллюенового розсiяння на часових змiнах оператора тензора напружень. Отримано, що i “вимiряне” заповнення одночастинкових станiв, i вiдношення iнтенсивностi стоксових до антистоксових пiкiв сильно залежать вiд ширини пробного iмпульсу, що необхiдно враховувати при аналiзi результатiв експериментiв

Honorary issue dedicated to the 80th anniversary of Professor Ihor Stasyuk

This special issue of the "Condensed Matter Physics" journal is dedicated to Professor Ihor Stasyuk, a prominent scientist and lecturer who celebrates his 80th birthday on September 23, 2018. The articles in this collections represent different fields of the quantum many-body physics and solid state theory, where Prof. I.V. Stasyuk made significant contributions and obtained remarkable results

Dynamical susceptibilities of the Falicov-Kimball model with correlated hopping: general approach

The Falicov-Kimball model with correlated hopping is studied in the limit of infinite spatial dimensions. Dynamical susceptibilities are calculated using the generalization of the Dynamical Mean-Field Theory (DMFT), which is based on expansion over electron hopping around the single-site limit. A special case of semi-elliptic density of states and diagonal correlated hopping is considered numerically and the absence of phase transition for all temperatures except T=0 is demonstrated, which corresponds to the known results