Forschung: Nichtreziproke Phononenpropa­gation in einem metallischen chiralen Magneten

Der magnetochirale Phononeneffekt (MChE) ist der nicht reziproke akustische und thermische Transport von Phononen, der durch das gleichzeitige Brechen der Spiegel- und Zeitumkehrsymmetrie verursacht wird. Bisher wurde der Phononen-MChE nur in einem ferrimagnetischen Isolator Cu₂OSeO₃ unterhalb der Curie-Temperatur von 58 K beobachtet [T. Nomura et al., Phys. Rev. Lett. 122, 145901 (2019)].

In einer neueren Arbeit hat ein Team von Forschern aus Japan und Deutschland den Phononen-MChE in metallischen Ferromagneten Co₉Zn₉Mn₂ nahe der Raumtemperatur beobachtet. Die Ergebnisse deuten auf einen Mechanismus zur Erhöhung der Nichtreziprozität in metallischen Magneten hin. Die zunehmende Nichtreziprozität hängt mit der Magnon-Phonon-Hybridisierung und der reduzierten Magnon-Bandbreite zusammen. Die Größe des Phononen-MChE von Co₉Zn₉Mn₂ hängt hauptsächlich von der Gilbert-Dämpfung ab, die bei niedrigen Temperaturen zunimmt und die Magnon-Phonon-Hybridisierung behindert. Hier spielt die Magnon-Elektronen-Streuung eine wichtige Rolle. Bei niedrigeren Temperaturen erhöht sich die Elektronenstreuungszeit und der größere Impulsübertrag bei der Intraband-Relaxation führt zu einer erhöhten Dämpfung.

Die erzielten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Phononen-Nichtreziprozität durch die Modifizierung des Magnonenbandes von Materialien weiter erhöht werden könnte.

T. Nomura, X.-X. Zhang, R. Takagi, K. Karube, A. Kikkawa, Y. Taguchi, Y. Tokura, S. Zherlitsyn, Y. Kohama, and S. Seki,
Nonreciprocal Phonon Propagation in a Metallic Chiral Magnet,
Phys. Rev. Lett. 130, 176301 (2023) (arXiv)