In bilayers of ferromagnets and heavy metals, which form the so-called spintronic emitters, the phenomena of ultrafast demagnetization and the inverse spin Hall effect (ISHE) conspire to yield remarkably efficient emission of electric pulses in the THz band. Light-induced demagnetization of the ferromagnet launches a pulse of spin current into the heavy metal, wherein it bifurcates into a radiative charge transient due to the ISHE. The influence of temperature on this combined effect should depend on both the magnetic phase diagram and the microscopic origin of spin Hall conductivity, but its exact dependence remains to be clarified. Here, we experimentally study the temperature dependence of an archetypal spintronic emitter, the Co/Pt bilayer, using electro-optic sampling of the emitted THz pulses in the time domain. The emission amplitude is attenuated with decreasing temperature, consistent with an inverse spin Hall effect in platinum of predominantly intrinsic origin.

1.
T.
Kampfrath
,
M.
Battiato
,
P.
Maldonado
,
G.
Eilers
,
J.
Nötzold
,
S.
Mährlein
,
V.
Zbarsky
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
S.
Blügel
,
M.
Wolf
,
I.
Radu
,
P. M.
Oppeneer
, and
M.
Münzenberg
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
256
(
2013
).
2.
T.
Seifert
,
S.
Jaiswal
,
U.
Martens
,
J.
Hannegan
,
L.
Braun
,
P.
Maldonado
,
F.
Freimuth
,
A.
Kronenberg
,
J.
Henrizi
,
I.
Radu
,
E.
Beaurepaire
,
Y.
Mokrousov
,
P. M.
Oppeneer
,
M.
Jourdan
,
G.
Jakob
,
D.
Turchinovich
,
L. M.
Hayden
,
M.
Wolf
,
M.
Münzenberg
,
M.
Kläui
, and
T.
Kampfrath
,
Nat. Photonics
10
,
483
(
2016
).
3.
T. J.
Huisman
,
R. V.
Mikhaylovskiy
,
J. D.
Costa
,
F.
Freimuth
,
E.
Paz
,
J.
Ventura
,
P. P.
Freitas
,
S.
Blügel
,
Y.
Mokrousov
,
T.
Rasing
, and
A. V.
Kimel
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
455
(
2016
).
4.
M.
Battiato
,
K.
Carva
, and
P. M.
Oppeneer
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
027203
(
2010
).
5.
A.
Eschenlohr
,
M.
Battiato
,
P.
Maldonado
,
N.
Pontius
,
T.
Kachel
,
K.
Holldack
,
R.
Mitzner
,
A.
Föhlisch
,
P. M.
Oppeneer
, and
C.
Stamm
,
Nat. Mater.
12
,
332
(
2013
).
6.
E.
Turgut
,
C.
La-o-vorakiat
,
J. M.
Shaw
,
P.
Grychtol
,
H. T.
Nembach
,
D.
Rudolf
,
R.
Adam
,
M.
Aeschlimann
,
C. M.
Schneider
,
T. J.
Silva
,
M. M.
Murnane
,
H. C.
Kapteyn
, and
S.
Mathias
,
Phys. Rev. Lett.
110
,
197201
(
2013
).
7.
A.
Melnikov
,
I.
Razdolski
,
T. O.
Wehling
,
E. T.
Papaioannou
,
V.
Roddatis
,
P.
Fumagalli
,
O.
Aktsipetrov
,
A. I.
Lichtenstein
, and
U.
Bovensiepen
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
076601
(
2011
).
8.
9.
A.
Hoffmann
,
IEEE Trans. Magn.
49
,
5172
(
2013
).
10.
N.
Nagaosa
,
J.
Sinova
,
S.
Onoda
,
A. H.
MacDonald
, and
N. P.
Ong
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
1539
(
2010
).
11.
T.
Seifert
,
U.
Martens
,
S.
Günther
,
M. A. W.
Schoen
,
F.
Radu
,
X. Z.
Chen
,
I.
Lucas
,
R.
Ramos
,
M. H.
Aguirre
,
P. A.
Algarabel
,
A.
Anadón
,
H. S.
Körner
,
J.
Walowski
,
C.
Back
,
M. R.
Ibarra
,
L.
Morellón
,
E.
Saitoh
,
M.
Wolf
,
C.
Song
,
K.
Uchida
,
M.
Münzenberg
,
I.
Radu
, and
T.
Kampfrath
,
SPIN
07
,
1740010
(
2017
).
12.
T.
Roth
,
A. J.
Schellekens
,
S.
Alebrand
,
O.
Schmitt
,
D.
Steil
,
B.
Koopmans
,
M.
Cinchetti
, and
M.
Aeschlimann
,
Phys. Rev. X
2
,
021006
(
2012
).
13.
M.
Fix
,
R.
Schneider
,
J.
Bensmann
,
S.
Michaelis de Vasconcellos
,
R.
Bratschitsch
, and
M.
Albrecht
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
012402
(
2020
).
14.
T. J.
Huisman
,
C.
Ciccarelli
,
A.
Tsukamoto
,
R. V.
Mikhaylovskiy
,
T.
Rasing
, and
A. V.
Kimel
,
Appl. Phys. Lett.
110
,
072402
(
2017
).
15.
B. Y.
Mueller
and
B.
Rethfeld
,
Phys. Rev. B
90
,
144420
(
2014
).
16.
P.
Mohn
and
E. P.
Wohlfarth
,
J. Phys. F
17
,
2421
(
1987
).
17.
G.
Li
,
R.
Medapalli
,
R. V.
Mikhaylovskiy
,
F. E.
Spada
,
T.
Rasing
,
E. E.
Fullerton
, and
A. V.
Kimel
,
Phys. Rev. Mater.
3
,
084415
(
2019
).
18.
M.
Schall
and
P. U.
Jepsen
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2801
(
2000
).
19.
X.
Wu
,
C.
Zhou
,
W. R.
Huang
,
F.
Ahr
, and
F. X.
Kärtner
,
Opt. Express
23
,
29729
(
2015
).
20.
B. B.
Hu
,
X.-C.
Zhang
, and
D. H.
Auston
,
Appl. Phys. Lett.
57
,
2629
(
1990
).
21.
S.
Onoda
,
N.
Sugimoto
, and
N.
Nagaosa
,
Phys. Rev. B
77
,
165103
(
2008
).
22.
D.
Xiao
,
M.-C.
Chang
, and
Q.
Niu
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
1959
(
2010
).
23.
Y.
Tian
,
L.
Ye
, and
X.
Jin
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
087206
(
2009
).
24.
A.
Shitade
and
N.
Nagaosa
,
J. Phys. Soc. Jpn.
81
,
083704
(
2012
).
25.
L.
Zhu
,
L.
Zhu
,
M.
Sui
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Sci. Adv.
5
,
eaav8025
(
2019
).
26.
G. Y.
Guo
,
S.
Murakami
,
T.-W.
Chen
, and
N.
Nagaosa
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
096401
(
2008
).
27.
X.
Tao
,
Q.
Liu
,
B.
Miao
,
R.
Yu
,
Z.
Feng
,
L.
Sun
,
B.
You
,
J.
Du
,
K.
Chen
,
S.
Zhang
,
L.
Zhang
,
Z.
Yuan
,
D.
Wu
, and
H.
Ding
,
Sci. Adv.
4
,
eaat1670
(
2018
).
28.
D. J.
Groenendijk
,
C.
Autieri
,
T. C.
van Thiel
,
W.
Brzezicki
,
N.
Gauquelin
,
P.
Barone
,
K. H. W.
van den Bos
,
S.
van Aert
,
J.
Verbeeck
,
A.
Filippetti
,
S.
Picozzi
,
M.
Cuoco
, and
A. D.
Caviglia
, arXiv:1810.05619 [cond-mat] (
2018
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.