Terahertz Spin‐to‐Charge Current Conversion in Stacks of Ferromagnets and the Transition‐Metal Dichalcogenide NbSe2

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作者
Lukáš Nádvorník,Oliver Gueckstock,Lukas Braun,Chengwang Niu,Joachim Gräfe,Gunther Richter,Gisela Schütz,H. Takagi,Mahmoud Zeer,Tom S. Seifert,Peter Kubaščík,Avanindra K. Pandeya,A. Anane,Heejun Yang,Amilcar Bedoya‐Pinto,S. Parkin,Martin Wolf,Yuriy Mokrousov,Hiroyuki Nakamura,Tobias Kampfrath
出处
期刊:Advanced Materials Interfaces [Wiley]
卷期号:9 (36) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/admi.202201675
摘要

Abstract Transition‐metal dichalcogenides (TMDCs) are an aspiring class of materials with unique electronic and optical properties and potential applications in spin‐based electronics. Here, terahertz emission spectroscopy is used to study spin‐to‐charge current conversion (S2C) in the TMDC NbSe 2 in ultra‐high‐vacuum‐grown F|NbSe 2 thin‐film stacks, where F is a layer of ferromagnetic Fe or Ni. Ultrafast laser excitation triggers an ultrafast spin current that is converted into an in‐plane charge current and, thus, a measurable THz electromagnetic pulse. The THz signal amplitude as a function of the NbSe 2 thickness shows that the measured signals are fully consistent with an ultrafast optically driven injection of an in‐plane‐polarized spin current into NbSe 2 . Modeling of the spin‐current dynamics reveals that a sizable fraction of the total S2C originates from the bulk of NbSe 2 with the opposite, negative sign of the spin Hall angle as compared to Pt. By a quantitative comparison of the emitted THz radiation from F|NbSe 2 to F|Pt reference samples and the results of ab initio calculations, it is estimated that the spin Hall angle of NbSe 2 for an in‐plane polarized spin current lies between ‐0.2% and ‐1.1%, while the THz spin‐current relaxation length is of the order of a few nanometers.
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