Atomic-layer controlled THz Spintronic emission from Epitaxially grown Two dimensional PtSe$_2$/ferromagnet heterostructures
Khasan Abdukayumov
(1)
,
Martin Mičica
(2)
,
Fatima Ibrahim
(1)
,
Libor Vojáček
,
Céline Vergnaud
(1)
,
Alain Marty
(1)
,
Jean‐yves Veuillen
,
Pierre Mallet
(3)
,
Isabelle Gomes de Moraes
,
Djordje Dosenovic
(4)
,
Serge Gambarelli
,
Vincent Maurel
,
Adrien Wright
(2)
,
Jérôme Tignon
(2)
,
Juliette Mangeney
(2)
,
Abdelkarim Ouerghi
(5)
,
Vincent Renard
(6)
,
Florie Mesple
(6)
,
Jing Li
,
Frédéric Bonell
(1)
,
Hanako Okuno
(4)
,
Mairbek Chshiev
(1, 7)
,
Jean‐marie George
,
Henri Jaffrès
(8)
,
Sukhdeep Dhillon
(2)
,
Matthieu Jamet
(1)
1
SPINTEC -
SPINtronique et TEchnologie des Composants
2 Nano-THz
3 Grenoble INP - Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology
4 MEM - Modélisation et Exploration des Matériaux
5 C2N - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
6 PHELIQS - PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS
7 IUF - Institut Universitaire de France
8 Laboratoire Albert Fert (ex-UMPhy Unité mixte de physique CNRS/Thales)
2 Nano-THz
3 Grenoble INP - Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology
4 MEM - Modélisation et Exploration des Matériaux
5 C2N - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
6 PHELIQS - PHotonique, ELectronique et Ingénierie QuantiqueS
7 IUF - Institut Universitaire de France
8 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
Jean‐yves Veuillen
- Fonction : Auteur
Isabelle Gomes de Moraes
- Fonction : Auteur
Serge Gambarelli
- Fonction : Auteur
Vincent Maurel
- Fonction : Auteur
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
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Mairbek Chshiev
- Fonction : Auteur
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- IdHAL : mairbek-chshiev
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Jean‐marie George
- Fonction : Auteur
Henri Jaffrès
- Fonction : Auteur
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Matthieu Jamet
- Fonction : Auteur
- PersonId : 181358
- IdHAL : matthieu-jamet
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- IdRef : 070296642
Résumé
Terahertz (THz) Spintronic emitters based on ferromagnetic/metal junctions have become an important technology for the THz range, offering powerful and ultra-large spectral bandwidths. These developments have driven recent investigations of two-dimensional (2D) materials for new THz spintronic concepts. 2D materials, such as transition metal dichalcogenides (TMDs), are ideal platforms for SCC as they possess strong spin-orbit coupling (SOC) and reduced crystal symmetries. Moreover, SCC and the resulting THz emission can be tuned with the number of layers, electric field or strain. Here, epitaxially grown 1T-PtSe$_2$ and sputtered Ferromagnet (FM) heterostructures are presented as a novel THz emitter where the 1T crystal symmetry and strong SOC favor SCC. High quality of as-grown PtSe$_2$ layers is demonstrated and further FM deposition leaves the PtSe$_2$ unaffected, as evidenced with extensive characterization. Through this atomic growth control, the unique thickness dependent electronic structure of PtSe$_2$ allows the control of the THz emission by SCC. Indeed, we demonstrate the transition from the inverse Rashba-Edelstein effect in one monolayer to the inverse spin Hall effect in multilayers. This band structure flexibility makes PtSe$_2$ an ideal candidate as a THz spintronic 2D material and to explore the underlying mechanisms and engineering of the SCC for THz emission.