物性物理学：二次元MnBi₂Te₄におけるアクシオン準粒子の観測

アクシオンは、量子色力学におけるθ場のコヒーレント振動に対応すると推測されている仮説的な基本粒子である。その存在は、量子色力学の強いCP問題や暗黒物質など、複数の基本的な問題を解決する可能性があるが、アクシオンが検出されたことは一度もない。凝縮物質系の電磁力学でも同様のθが生じる可能性があり、現状では、物質のトポロジーを特徴付ける静的で量子化された値として研究されている。凝縮物質におけるθのコヒーレント振動は、高エネルギーのアクシオン粒子に直接類似した物理、すなわち動的アクシオン準粒子（DAQ）につながると提唱されている。今回我々は、MnBi₂Te₄においてDAQを観測したことを報告する。我々は、二次元電子デバイスと超高速ポンプ–プローブ光学系を組み合わせることによって、位相のずれた反強磁性マグノンによって固有に誘起される、約44 GHzでのθのコヒーレント振動を観測した。これは、DAQの存在を示す直接的な証拠であり、二次元MnBi₂Te₄において、ベリー曲率のマグノン誘起コヒーレント変調から生じることが見いだされた。DAQはまた、アクシオンポラリトンや、超高速スピン偏極の電気的制御につながる可能性があることから、光と物質の相互作用やコヒーレント反強磁性スピントロニクスにも関連する。さらに、DAQはアクシオン粒子の検出に使用できる可能性がある。我々は、検出周波数範囲と感度をミリ電子ボルト領域に見積もっているが、これはこれまでほとんど調べられてこなかった領域である。

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