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高能物理 - 现象学

arXiv:2505.08477 (hep-ph)
[提交于 2025年5月13日 ]

标题: 新兴轴子探测在人工磁电材料中

标题: Emerging axion detection in artificial magnetoelectric materials

Authors:Runyu Lei, Chen-Hui Xie, Jiayi Liu, Zhong Liu, Xin Liu, Yu Gao, Sichun Sun, Jinxing Zhang
摘要: 暗物质的起源是物理学中的一个基本问题。轴子被认为是暗物质的关键组成部分,其特征是对电磁学、引力和费米子具有非常弱的陈-西蒙斯耦合。我们提出了一种在磁电材料中新的对称性破缺探测机制,允许磁性和铁电极化之间存在线性轴子耦合。我们专注于应变梯度Sr2IrO4,在这种材料中空间反演对称性的破缺导致了新兴的极性相和面外磁矩,表现出柔磁电效应。在这个材料中,线性的P||M使得外部轴子场与材料内部的内在轴子类场之间直接耦合。这一机制放大了由轴子引起的微弱电磁信号,为开创性的轴子探测铺平了道路。这些信号可以通过监测宏观物理量的变化,如磁电响应和磁响应来检测。与传统的探测技术相比,这一机制显著增强了轴子-电子和轴子-光子耦合的灵敏度,为轴子探测提供了一个新的平台,并通过磁电效应推进了暗物质的研究。
摘要: The origin of dark matter is a fundamental problem in physics. Axions are considered a key component of dark matter, characterized by very weak Chern-Simons couplings to electromagnetism, gravity, and fermions. We propose a novel symmetry-breaking detection mechanism in magnetoelectric materials, allowing for a linear axionic coupling between magnetism and ferroelectric polarization. We focus on strain gradient Sr2IrO4, where the breaking of space-inversion symmetry results in an emergent polar phase and out-of-plane magnetic moment, exhibiting a flexomagnetoelectric effect. In this material, the linear P||M enables direct coupling between the external axion field and the intrinsic axion-like field within the material. This mechanism amplifies the weak electromagnetic signals induced by axions, paving the way for pioneering axion detection. These signals can be detected by monitoring changes in macroscopic physical quantities, such as the magnetoelectric and magnetic responses. In contrast to conventional detection techniques, this mechanism significantly enhances the sensitivity of the axion-electron and axion-photon coupling, providing a novel platform for axion detection and advancing the study of dark matter through the magnetoelectric effect.
评论: 17页,5个图
主题: 高能物理 - 现象学 (hep-ph) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall); 材料科学 (cond-mat.mtrl-sci); 强关联电子 (cond-mat.str-el); 高能物理 - 实验 (hep-ex)
引用方式: arXiv:2505.08477 [hep-ph]
  (或者 arXiv:2505.08477v1 [hep-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.08477
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Chenhui Xie [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 5 月 13 日 12:04:30 UTC (726 KB)
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