Femtosecond laser excitations of FeRh/Pt bilayers launch an ultrafast pulse of electric photocurrents in the Pt-layer and subsequently result in the emission of electromagnetic radiation in the THz spectral range. Analysis of the THz emission as a function of the polarization of the femtosecond laser pulse, external magnetic field, sample temperature, and sample orientation shows that the photocurrent can emerge due to vertical spin pumping and photo-induced inverse spin–orbit torque at the FeRh/Pt interface. The vertical spin pumping from FeRh into Pt does not depend on the polarization of light and originates from ultrafast laser-induced demagnetization of the ferromagnetic phase of FeRh. The photo-induced inverse spin–orbit torque at the FeRh/Pt interface can be described in terms of a helicity-dependent effect of circularly polarized light on the magnetization of the ferromagnetic FeRh and the subsequent generation of a photocurrent.

1.
V.
Baltz
,
A.
Manchon
,
M.
Tsoi
,
T.
Moriyama
,
T.
Ono
, and
Y.
Tserkovnyak
,
Rev. Mod. Phys.
90
,
015005
(
2018
).
2.
P.
Němec
,
M.
Fiebig
,
T.
Kampfrath
, and
A. V.
Kimel
,
Nat. Phys.
14
,
229
(
2018
).
3.
J.
Walowski
and
M.
Münzenberg
,
J. Appl. Phys.
120
,
140901
(
2016
).
4.
L. H.
Lewis
,
C. H.
Marrows
, and
S.
Langridge
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
49
,
323002
(
2016
).
5.
J.-U.
Thiele
,
M.
Stefan Maat
,
J.
Lee Robertson
, and
E. E.
Fullerton
,
IEEE Trans. Magn.
40
,
2537
(
2004
).
6.
Y.
Wang
,
M. M.
Decker
,
T. N. G.
Meier
,
X.
Chen
,
C.
Song
,
T.
Grünbaum
,
W.
Zhao
,
J.
Zhang
,
L.
Chen
, and
C. H.
Back
,
Nat. Commun.
11
,
275
(
2020
).
7.
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. K.
Korner
,
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
).
8.
M.
Battiato
,
K.
Carva
, and
P. M.
Oppeneer
,
Phys. Rev. B
86
,
024404
(
2012
).
9.
D. M.
Nenno
,
B.
Rethfeld
, and
H. C.
Schneider
,
Phys. Rev. B
98
,
224416
(
2018
).
10.
T.
Seifert
,
S.
Jaiswal
,
U.
Martens
,
J.
Hannegan
,
L.
Braun
,
P.
Maldonado
,
F.
Freimuth
,
A.
Kronenberg
,
J.
Henrizi
,
I.
Radu
,
E.
Beaurepair
,
Y.
Mokrousov
,
P. M.
Oppeneer
,
M.
Jourdan
,
G.
Jakob
,
D.
Turchinovich
,
L. M.
Hayden
,
M.
Wolf
,
M.
Münzenberg
,
M.
Klaui
, and
T.
Kampfrath
,
Nat. Photonics
10
,
483
(
2016
).
11.
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
).
12.
R.
Fan
,
C. J.
Kinane
,
T. R.
Charlton
,
R.
Dorner
,
M.
Ali
,
M. A.
de Vries
,
R. M. D.
Brydson
,
C. H.
Marrows
,
B. J.
Hickey
,
D. A.
Arena
,
B. K.
Tanner
,
G.
Nisbet
, and
S.
Langridge
,
Phys. Rev. B
82
,
184418
(
2010
).
13.
F.
Pressacco
,
V.
Uhlíř
,
M.
Gatti
,
A.
Bendouna
,
E. F.
Eric
, and
F.
Sirotti
,
Sci. Rep.
6
,
22383
(
2016
).
14.
C.
Gatel
,
B.
Warot-Fonrose
,
N.
Biziere
,
L. A.
Rodríguez
,
D.
Reyes
,
R.
Cours
,
M.
Sastiella
, and
M. J.
Casanove
,
Nat. Commun.
8
,
15703
(
2017
).
15.
T.
Kampfrath
,
M.
Battiato
,
P.
Maldonado
,
G.
Eilers
,
J.
Notzold
,
S.
Mahrlein
,
V.
Zbarsky
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
S.
Blüel
,
M.
Wolf
,
I.
Radu
,
P. M.
Oppeneer
, and
M.
Münzenberg
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
256
(
2013
).
16.
B. F.
Miao
,
S. Y.
Huang
,
D.
Qu
, and
C. L.
Chien
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
066602
(
2013
).
17.
G.
Ju
,
J.
Hohlfeld
,
B.
Bergman
,
R. J. M.
van deVeerdonk
,
O. N.
Mryasov
,
J.-Y.
Kim
,
X.
Wu
,
D.
Weller
, and
B.
Koopmans
,
Phys. Rev. Lett.
93
,
197403
(
2004
).
18.
J.-U.
Thiele
,
M.
Buess
, and
C. H.
Back
,
Appl. Phys. Lett.
85
,
2857
(
2004
).
19.
M.
Menarini
,
R.
Medapalli
,
E. E.
Fullerton
, and
V.
Lomakin
,
AIP Adv.
9
,
035040
(
2019
).
20.
S.
Günther
,
C.
Spezzani
,
R.
Ciprian
,
C.
Grazioli
,
B.
Ressel
,
M.
Coreno
,
L.
Poletto
,
P.
Miotti
,
M.
Sacchi
,
G.
Panaccione
,
V.
Uhlíř
,
E. E.
Fullerton
,
G.
De Ninno
, and
C. H.
Back
,
Phys. Rev. B
90
,
180407(R)
(
2014
).
21.
B.
Bergman
,
G.
Ju
,
J.
Hohlfeld
,
R. J. M.
van de Veerdonk
,
J.-Y.
Kim
,
X.
Wu
,
D.
Weller
, and
B.
Koopmans
,
Phys. Rev. B
73
,
060407 R
(
2006
).
22.
E.
Beaurepaire
,
J.-C.
Merle
,
A.
Daunois
, and
J.-Y.
Bigot
,
Phys. Rev. Lett.
76
,
4250
(
1996
).
23.
J. A.
de Jong
,
A. V.
Kimel
,
R. V.
Pisarev
,
A.
Kirilyuk
, and
T.
Rasing
,
Phys. Rev. B
84
,
104421
(
2011
).
24.
D.
Afanasiev
,
B. A.
Ivanov
,
A.
Kirilyuk
,
T.
Rasing
,
R. V.
Pisarev
, and
A. V.
Kimel
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
097401
(
2016
).
25.
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
).
26.
E.
Beaurepaire
,
M.
Maret
,
V.
Halte
,
J.-C.
Merle
,
A.
Daunois
, and
J.-Y.
Bigot
,
Phys. Rev. B
58
,
12134
(
1998
).
27.
A. V.
Kimel
,
A.
Kirilyuk
,
P. A.
Usachev
,
R. V.
Pisarev
,
A. M.
Balbashov
, and
T.
Rasing
,
Nature
435
,
655
(
2005
).
28.
A.
Manchon
and
S.
Zhang
,
Phys. Rev. B
79
,
094422
(
2009
).
29.
K. I. M.
Miron
,
C. O.
Avci
,
F.
Freimuth
,
Y.
Mokrousov
,
S.
Blügel
,
S.
Auffret
,
O.
Boulle
,
G.
Gaudin
, and
P.
Gambardella
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
587
593
(
2013
).
30.
L.
Guidoni
,
E.
Beaurepaire
, and
J.-Y.
Bigot
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
017401
(
2002
).
31.
Q.
Zhang
,
Z.
Luo
,
H.
Li
,
Y.
Yang
,
X.
Zhang
, and
Y.
Wu
,
Phys. Rev. Appl.
12
,
054027
(
2019
).
32.
Y.
Wu
,
M.
Elyasi
,
X.
Qiu
,
M.
Chen
,
Y.
Liu
,
L.
Ke
, and
H.
Yang
,
Adv. Mater.
29
,
1603031
(
2017
).
33.
X.
Wang
,
L.
Cheng
,
D.
Zhu
,
Y.
Wu
,
M.
Chen
,
Y.
Wang
,
D.
Zhao
,
C. B.
Boothroyd
,
Y. M.
Lam
,
J.-X.
Zhu
 et al.,
Adv. Mater.
30
,
1802356
(
2018
).
34.
G.
Li
,
R.
Medapalli
,
J.
Mentink
,
R. V.
Mikhaylovskiy
,
S. K. K.
Patel
,
A. K.
Zvezdin
,
T.
Rasing
,
E. E.
Fullerton
, and
A. V.
Kimel
,
Phys. Rev. Lett.
(unpublished).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.