カゴメ反強磁性体Mn3Geにおいて異常に強いマグノン-フォノン結合を直接実証(IBS Researchers Directly Demonstrate Unusually Strong Magnon-Phonon Coupling in Kagome Antiferromagnet Mn3Ge)

2025-09-22 韓国基礎科学研究院(IBS)

韓国・基礎科学研究院(IBS)などの国際研究チームは、カゴメ格子反強磁性体Mn₃Geにおいて、極めて強いマグノン–フォノン結合を直接実証しました。Mn₃Geは単純な結晶構造を持つため、理論予測と実験観測をつなぐハイブリッド準粒子(マグノン–ポーラロン)の同定が可能になりました。研究では、ESRF(フランス)の高輝度放射光を用いてフォノンを観測し、スペクトルにおける反交差挙動を確認。第一原理計算と最小模型に基づき、Mnイオンの変位が交換ひずみを介してスピン揺らぎと結合し、マグノン–フォノン相互作用を生じることを示しました。この成果は、非共線的カゴメ反強磁性体をマグノン–ポーラロンやスピン–格子結合研究の理想的プラットフォームと位置づけ、将来的なスピントロニクス応用への道を開きます。研究はNature Communicationsに掲載されました。

カゴメ反強磁性体Mn3Geにおいて異常に強いマグノン-フォノン結合を直接実証(IBS Researchers Directly Demonstrate Unusually Strong Magnon-Phonon Coupling in Kagome Antiferromagnet Mn3Ge)
Figure 1. (a) Inelastic x-ray scattering (IXS) data evidence the anti-crossing and strong hybridization of phonons and magnons. (b) Fits of the experimental data at some particular momenta. (c) Theoretically calculated dispersion of the hybrid modes and the IXS intensity.

<関連情報>

カゴメ反強磁性体における強いマグノン-フォノン結合 Strong Magnon-Phonon Coupling in the Kagome Antiferromagnets

A. S. Sukhanov, O. I. Utesov, A. N. Korshunov, N. D. Andriushin, M. S. Pavlovskii, S. E. Nikitin, A. A. Kulbakov, K. Manna, C. Felser et al.
Physical Review Letters  Published: 21 August, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/gymx-jk1g

Abstract

Magnon-phonon hybridization in ordered materials is a crucial phenomenon with significant implications for spintronics, magnonics, and quantum materials research. We present direct experimental evidence and theoretical insights into magnon-phonon coupling in Mn3⁢Ge, a kagome antiferromagnet with noncollinear spin order. Using inelastic x-ray scattering and ab initio modeling, we uncover strong hybridization between planar spin fluctuations and transverse optical phonons, resulting in a large hybridization gap of ∼2  meV. This coupling is driven by interlayer Heisenberg exchange interactions and is enhanced by the material’s symmetry and magnetic frustration. The simplicity of the Mn3⁢Ge structure enables clear identification of the hybridized modes, bridging theoretical predictions and experimental observations. Our findings establish Mn3⁢Ge as a model system for exploring magnon-phonon interactions and offer a pathway for designing materials with tunable magnetoelastic

0403電子応用
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