Atomic‐Layer Controlled Transition from Inverse Rashba–Edelstein Effect to Inverse Spin Hall Effect in 2D PtSe 2 Probed by THz Spintronic Emission
Khasan Abdukayumov
(1)
,
Martin Mičica
(2)
,
Fatima Ibrahim
(1)
,
Libor Vojáček
(1)
,
Céline Vergnaud
(1)
,
Alain Marty
(1)
,
J. Veuillen
(3)
,
P. Mallet
(3)
,
Isabelle Gomes de Moraes
(1)
,
Djordje Dosenovic
(4)
,
Serge Gambarelli
(5)
,
Vincent Maurel
(5)
,
Adrien Wright
(2)
,
Jérôme Tignon
(2)
,
Juliette Mangeney
(2)
,
Abdelkarim Ouerghi
(6)
,
Vincent Renard
(7)
,
Florie Mesple
(7)
,
Jing Li
(8)
,
Frédéric Bonell
(1)
,
Hanako Okuno
(4)
,
Mairbek Chshiev
(1, 9)
,
Jean‐marie George
(10)
,
Henri Jaffrès
(10)
,
Sukhdeep Dhillon
(2)
,
Matthieu Jamet
(1)
1
SPINTEC -
SPINtronique et TEchnologie des Composants
2 Nano-THz
3 NEEL - QuNES - Nano-Electronique Quantique et Spectroscopie
4 MEM - Modélisation et Exploration des Matériaux
5 CAMPE - Conception d’Architectures Moléculaires et Processus Electroniques
6 C2N - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
7 LaTEQS - Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité
8 CEA-LETI - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information
9 IUF - Institut universitaire de France
10 Laboratoire Albert Fert (ex-UMPhy Unité mixte de physique CNRS/Thales)
2 Nano-THz
3 NEEL - QuNES - Nano-Electronique Quantique et Spectroscopie
4 MEM - Modélisation et Exploration des Matériaux
5 CAMPE - Conception d’Architectures Moléculaires et Processus Electroniques
6 C2N - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
7 LaTEQS - Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité
8 CEA-LETI - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information
9 IUF - Institut universitaire de France
10 Laboratoire Albert Fert (ex-UMPhy Unité mixte de physique CNRS/Thales)
Fatima Ibrahim
- Fonction : Auteur
- PersonId : 772569
- ORCID : 0000-0002-7374-6001
Libor Vojáček
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1255588
- ORCID : 0000-0002-9867-0592
Alain Marty
- Fonction : Auteur
- PersonId : 182012
- IdHAL : alain-marty
- ORCID : 0000-0001-5709-6945
- IdRef : 108459128
J. Veuillen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 749578
- IdHAL : jean-yves-veuillen
- ORCID : 0000-0001-5498-4322
P. Mallet
- Fonction : Auteur
- PersonId : 749060
- IdHAL : pierre-mallet
Jérôme Tignon
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1069420
- ORCID : 0000-0002-7599-9889
- IdRef : 119322846
Juliette Mangeney
- Fonction : Auteur
- PersonId : 758005
- ORCID : 0000-0002-4354-4257
- IdRef : 085586137
Abdelkarim Ouerghi
- Fonction : Auteur
- PersonId : 771800
- ORCID : 0000-0002-1898-2765
- IdRef : 089018559
Jing Li
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1167366
- IdHAL : jing-li
- ORCID : 0000-0002-9283-3821
Frédéric Bonell
- Fonction : Auteur
- PersonId : 181828
- IdHAL : fbonell
- ORCID : 0000-0001-7296-0404
- IdRef : 139505407
Mairbek Chshiev
- Fonction : Auteur
- PersonId : 13644
- IdHAL : mairbek-chshiev
- ORCID : 0000-0001-9232-7622
- IdRef : 157515737
Henri Jaffrès
- Fonction : Auteur
- PersonId : 919045
- ORCID : 0000-0002-2730-1255
- IdRef : 194980936
Matthieu Jamet
- Fonction : Auteur
- PersonId : 181358
- IdHAL : matthieu-jamet
- ORCID : 0000-0002-8247-4677
- IdRef : 070296642
Résumé
Abstract 2D materials, such as transition metal dichalcogenides, are ideal platforms for spin‐to‐charge conversion (SCC) as they possess strong spin–orbit coupling (SOC), reduced dimensionality and crystal symmetries as well as tuneable band structure, compared to metallic structures. Moreover, SCC can be tuned with the number of layers, electric field, or strain. Here, SCC in epitaxially grown 2D PtSe 2 by THz spintronic emission is studied since its 1T crystal symmetry and strong SOC favor SCC. High quality of as‐grown PtSe 2 layers is demonstrated, followed by in situ ferromagnet deposition by sputtering that leaves the PtSe 2 unaffected, resulting in well‐defined clean interfaces as evidenced with extensive characterization. Through this atomic growth control and using THz spintronic emission, the unique thickness‐dependent electronic structure of PtSe 2 allows the control of SCC. Indeed, the transition from the inverse Rashba–Edelstein effect (IREE) in 1–3 monolayers (ML) to the inverse spin Hall effect (ISHE) in multilayers (>3 ML) of PtSe 2 enabling the extraction of the perpendicular spin diffusion length and relative strength of IREE and ISHE is demonstrated. This band structure flexibility makes PtSe 2 an ideal candidate to explore the underlying mechanisms and engineering of the SCC as well as for the development of tuneable THz spintronic emitters.