We theoretically demonstrate that a rotating electric-field component of circularly polarized microwaves or terahertz light can induce electron-spin polarization within a few picoseconds in a two-dimensional electron system with the Rashba spin-orbit interaction by taking advantage of magnetoelectric coupling. The efficiency turns out to be several orders of magnitude greater than that of conventional methods, indicating high potential of this technique in future spintronics.
References
1.
Concepts in Spin Electronics
, edited by S.
Maekawa
(Oxford University Press
, Oxford
, 2006
).2.
S. A.
Wolf
, D. D.
Awschalom
, R. A.
Buhrman
, J. M.
Daughton
, S.
von Molnar
, M. L.
Roukes
, A. Y.
Chtchelkanova
, and D. M.
Treger
, Science
294
, 1488
(2001
).3.
I.
Zutic
, J.
Fabian
, and S. D.
Sarma
, Rev. Mod. Phys.
76
, 323
(2004
).4.
C.
Chappert
, A.
Fert
, and F. N.
Van Dau
, Nat. Mater.
6
, 813
(2007
).5.
Spin Current
, edited by S.
Maekawa
, S. O.
Valenzuela
, E.
Saitoh
, and T.
Kimura
(Oxford University Press
, Oxford
, 2012
).6.
C. H.
Back
, D.
Weller
, J.
Heidmann
, D.
Mauri
, D.
Guarisco
, E. L.
Garwin
, and H. C.
Siegmann
, Phys. Rev. Lett.
81
, 3251
(1998
).7.
C. H.
Back
, R.
Allenspach
, W.
Weber
, S. S. P.
Parkin
, D.
Weller
, E. L.
Garwin
, and H. C.
Siegmann
, Science
285
, 864
(1999
).8.
S.
Kaka
and S.-E.
Russek
, Appl. Phys. Lett.
80
, 2958
(2002
).9.
T.
Gerrits
, H. A. M.
van den Berg
, J.
Hohlfeld
, L.
Bär
, and T.
Rasing
, Nature
418
, 509
(2002
).10.
H. W.
Schumacher
, C.
Chappert
, P.
Crozat
, R. C.
Sousa
, P. P.
Freitas
, J.
Miltat
, J.
Fassbender
, and B.
Hillebrands
, Phys. Rev. Lett.
90
, 017201
(2003
).11.
I.
Tudosa
, C.
Stamm
, A. B.
Kashuba
, F.
King
, H. C.
Siegmann
, J.
Stohr
, G.
Ju
, B.
Lu
, and D.
Weller
, Nature
428
, 831
(2004
).12.
J. C.
Slonczewski
, J. Magn. Magn. Mater.
159
, L1
(1996
).13.
L.
Berger
, Phys. Rev. B
54
, 9353
(1996
).14.
S. S. P.
Parkin
, M.
Hayashi
, and L.
Thomas
, Science
320
, 190
(2008
).15.
M.
Yamanouchi
, D.
Chiba
, F.
Matsukura
, and H.
Ohno
, Nature
428
, 539
(2004
).16.
B.
Bazaliy
, B. A.
Jones
, and S. C.
Zhang
, Phys. Rev. B
57
, R3213
(1998
).17.
G.
Tatara
and H.
Kohno
, Phys. Rev. Lett.
92
, 086601
(2004
).18.
S. E.
Barnes
and S.
Maekawa
, Phys. Rev. Lett.
95
, 107204
(2005
).19.
A.
Brataas
, A. D.
Kent
, and H.
Ohno
, Nat. Mater.
11
, 372
(2012
).20.
21.
22.
23.
J.
Nitta
, T.
Akazaki
, H.
Takayanagi
, and T.
Enoki
, Phys. Rev. Lett.
78
, 1335
(1997
).24.
G.
Engels
, J.
Lange
, T.
Schapers
, and H.
Luth
, Phys. Rev. B
55
, 1958(R)
(1997
).25.
M.
Schultz
, F.
Heinrichs
, U.
Merkt
, T.
Colin
, T.
Skauli
, and S.
Løvold
, Semicond. Sci. Technol.
11
, 1168
(1996
).26.
A.
Manchon
, H. C.
Koo
, J.
Nitta
, S. M.
Frolov
, and R. A.
Duine
, Nat. Mater.
14
, 871
(2015
).27.
M.
Kohda
, T.
Bergsten
, and J.
Nitta
, J. Phys. Soc. Jpn.
77
, 031008
(2008
).28.
T.
Jungwirth
, J.
Wunderlich
, and K.
Olejnik
, Nat. Mater.
11
, 382
(2012
).29.
30.
S. D.
Ganichev
, E. L.
Ivchenko
, V. V.
Belkov
, S. A.
Tarasenko
, M.
Sollinger
, D.
Weiss
, W.
Wegscheider
, and W.
Prettl
, Nature (London)
417
, 153
(2002
).31.
S. D.
Ganichev
, Int. J. Mod. Phys. B
22
, 1
(2008
).32.
J.
Wunderlich
, A. C.
Irvine
, J.
Sinova
, B. G.
Park
, L. P.
Zârbo
, X. L.
Xu
, B.
Kaestner
, V.
Novák
, and T.
Jungwirth
, Nat. Phys.
5
, 675
(2009
).33.
J. C.
Rojas Sánchez
, L.
Vila
, G.
Desfonds
, S.
Gambarelli
, J. P.
Attané
, J. M.
De Teresa
, C.
Magén
, and A.
Fert
, Nat. Commun.
4
, 2944
(2013
).34.
J. I.
Ohe
, A.
Takeuchi
, and G.
Tatara
, Phys. Rev. Lett.
99
, 266603
(2007
).35.
V. M.
Edelstein
, Solid State Commun.
73
, 233
(1990
).36.
Y. K.
Kato
, R.
Myers
, A.
Gossard
, and D. D.
Awschalom
, Phys. Rev. Lett.
93
, 176601
(2004
).37.
S. D.
Ganichev
, S. N.
Danilov
, P.
Schneider
, V. V.
Bel'kov
, L. E.
Golub
, W.
Wegscheider
, and W.
Prettl
, J. Magn. Magn. Mater.
300
, 127
(2006
).38.
S.
Datta
and B.
Das
, Appl. Phys. Lett.
56
, 665
(1990
).39.
H. C.
Koo
, J. H.
Kwon
, J.
Eom
, J.
Chang
, S. H.
Han
, and M.
Johnson
, Science
325
, 1515
(2009
).40.
A. A.
Kiselev
and K. W.
Kim
, Appl. Phys. Lett.
78
, 775
(2001
).41.
T. P.
Pareek
, Phys. Rev. Lett.
92
, 076601
(2004
).42.
T.
Koga
, J.
Nitta
, H.
Takayanagi
, and S.
Datta
, Phys. Rev. Lett.
88
, 126601
(2002
).43.
R.
Ionicioiu
and I.
D'Amico
, Phys. Rev. B
67
, 041307(R)
(2003
).44.
J.
Nitta
, F. E.
Meijer
, and H.
Takayanagi
, Appl. Phys. Lett.
75
, 695
(1999
).45.
J. I.
Ohe
, M.
Yamamoto
, T.
Ohtsuki
, and J.
Nitta
, Phys. Rev. B
72
, 041308(R)
(2005
).46.
M.
Kohda
, S.
Nakamura
, Y.
Nishihara
, K.
Kobayashi
, T.
Ono
, J. I.
Ohe
, Y.
Tokura
, T.
Mineno
, and J.
Nitta
, Nat. Commun.
3
, 1082
(2012
).47.
P.
Debray
, S. M. S.
Rahman
, J.
Wan
, R. S.
Newrock
, M.
Cahay
, A. T.
Ngo
, S. E.
Ulloa
, S. T.
Herbert
, M.
Muhammad
, and M.
Johnson
, Nat. Nanotechnol.
4
, 759
(2009
).48.
J.
Nitta
, T.
Bergsten
, Y.
Kunihashi
, and M.
Kohda
, J. Appl. Phys.
105
, 122402
(2009
).49.
M.
Kohda
, V.
Lechner
, Y.
Kunihashi
, T.
Dollinger
, P.
Olbrich
, C.
Schonhuber
, I.
Caspers
, V. V.
Bel'kov
, L. E.
Golub
, D.
Weiss
, K.
Richter
, J.
Nitta
, and S. D.
Ganichev
, Phys. Rev. B
86
, 081306(R)
(2012
).50.
Y.
Kunihashi
, H.
Sanada
, H.
Gotoh
, K.
Onomitsu
, M.
Kohda
, J.
Nitta
, and T.
Sogawa
, Nat. Commun.
7
, 10722
(2016
).51.
S.
Takayoshi
, H.
Aoki
, and T.
Oka
, Phys. Rev. B
90
, 085150
(2014
).52.
S.
Takayoshi
, M.
Sato
, and T.
Oka
, Phys. Rev. B
90
, 214413
(2014
).53.
H.
Hirori
, K.
Shinokita
, M.
Shirai
, S.
Tani
, Y.
Kadoya
, and K.
Tanaka
, Nat. Commun.
2
, 594
(2011
).54.
R.
Matsunaga
, Y. I.
Hamada
, K.
Makise
, Y.
Uzawa
, H.
Terai
, Z.
Wang
, and R.
Shimano
, Phys. Rev. Lett.
111
, 057002
(2013
).55.
C.
Vicario
, C.
Ruchert
, F.
Ardana-Lamas
, P. M.
Derlet
, B.
Tudu
, J.
Luning
, and C. P.
Hauri
, Nat. Photonics
7
, 720
(2013
).© 2018 Author(s).
2018
Author(s)
You do not currently have access to this content.
