Forschung: Magnon-Polaron-Anregungen in nicht-kollinearen Antiferromagne­ten

Magnonen und Phononen als Quanten von Spinwellen und Kristallgitterschwingungen in geordneten Magneten stellen ein Forschungsschwerpunkt in vielen Gebieten von Festkörperphysik dar. Das Material Mn₃Ge gehört zu Antiferromagneten mit nichtkollinearen Spinstrukturen, die starke Hybridisierung zwischen Magnonen- und Phononen-Moden aufweisen. Detaillierte Messungen der inelastischen Neutronenstreuung in Mn₃Ge zeigen magnetische Anregungen mit einer 5 meV Energielücke und einer anisotrope dispersive Magnonen-Mode, die sich bis zu 90 meV an der Grenze der magnetischen Brillouin-Zone erstreckt. Das Spektrum im Zentrum der Brillouin-Zone zeigt außerdem zwei zusätzliche Resonanzen, die gleichzeitig Charakteristiken von Magnonen und Phononen aufweisen. Sie können laut ab-initio Berechnungen der Gitterdynamik von sogenannten Magnon-Polaron-Anregungen stammen, die durch die Hybridisierung von Spinwellen mit niederenergetischen optischen Phononen entstehen. Die in Mn₃Ge beobachtete magnetoelastische Kopplung stimmt mit der zuvor festgestellten thermischen Ausdehnung überein und ähnelt den Merkmalen, die in spektroskopischen Untersuchungen von anderen Antiferromagneten mit ähnlichen nichkollinearen Spinstrukturen beobachtet wurden.

A. S. Sukhanov, M. S. Pavlovskii, Ph. Bourges, H. C. Walker, K. Manna, C. Felser, D. S. Inosov,
Magnon-polaron excitations in the noncollinear antiferromagnet Mn₃Ge,
Phys. Rev. B 99, 214445 (2019) (arXiv)