Strong-field terahertz (THz) light-matter interaction provides various nonlinear control approaches in condensed matter physics, energy and material sciences, electron acceleration, and manipulation. Recently developed spintronic THz emission with minimum complexities has been demonstrated to have the capability for generating high field strengths. Up to now, nonlinear applications based on the spintronic THz transients have yet been realized. Here, we report THz emission from two-color femtosecond laser plasma filaments modulated by a 60-kV/cm THz pulse from W/CoFeB/Pt heterostructures. Enhanced THz radiation based on electron acceleration in plasma is recorded when the direction of the spintronic THz modulating field is in line with that of the electron movement. This behavior is quantitatively reproduced by a local current model of the plasma THz source. Our experimental and theoretical results may inspire further nonlinear THz investigation and accelerate ultrafast THz engineering in matter.
References
1.
Q.
Li
, V. A.
Stoica
, M.
Paściak
, Y.
Zhu
, Y.
Yuan
, T.
Yang
, M. R.
McCarter
, S.
Das
, A. K.
Yadav
, and S.
Park
, Nature
592
(7854
), 376
(2021
).2.
S.
Duan
, Y.
Cheng
, W.
Xia
, Y.
Yang
, C.
Xu
, F.
Qi
, C.
Huang
, T.
Tang
, Y.
Guo
, and W.
Luo
, Nature
595
(7866
), 239
(2021
).3.
C. P.
Schmid
, L.
Weigl
, P.
Grössing
, V.
Junk
, C.
Gorini
, S.
Schlauderer
, S.
Ito
, M.
Meierhofer
, N.
Hofmann
, and D.
Afanasiev
, Nature
593
(7859
), 385
(2021
).4.
Y.
Bai
, F.
Fei
, S.
Wang
, N.
Li
, X.
Li
, F.
Song
, R.
Li
, Z.
Xu
, and P.
Liu
, Nat. Phys.
17
(3
), 311
(2021
).5.
L.
Luo
, D.
Cheng
, B.
Song
, L.-L.
Wang
, C.
Vaswani
, P.
Lozano
, G.
Gu
, C.
Huang
, R. H.
Kim
, and Z.
Liu
, Nat. Mater.
20
(3
), 329
(2021
).6.
F.
Sekiguchi
, H.
Hirori
, G.
Yumoto
, A.
Shimazaki
, T.
Nakamura
, A.
Wakamiya
, and Y.
Kanemitsu
, Phys. Rev. Lett.
126
(7
), 077401
(2021
).7.
D.
Peller
, L. Z.
Kastner
, T.
Buchner
, C.
Roelcke
, F.
Albrecht
, N.
Moll
, R.
Huber
, and J.
Repp
, Nature
585
(7823
), 58
(2020
).8.
C.
Vaswani
, M.
Mootz
, C.
Sundahl
, D.
Mudiyanselage
, J.
Kang
, X.
Yang
, D.
Cheng
, C.
Huang
, R.
Kim
, and Z.
Liu
, Phys. Rev. Lett.
124
(20
), 207003
(2020
).9.
V.
Balos
, G.
Bierhance
, M.
Wolf
, and M.
Sajadi
, Phys. Rev. Lett.
124
(9
), 093201
(2020
).10.
J.
Reimann
, S.
Schlauderer
, C.
Schmid
, F.
Langer
, S.
Baierl
, K.
Kokh
, O.
Tereshchenko
, A.
Kimura
, C.
Lange
, and J.
Güdde
, Nature
562
(7727
), 396
(2018
).11.
E. J.
Sie
, C. M.
Nyby
, C.
Pemmaraju
, S. J.
Park
, X.
Shen
, J.
Yang
, M. C.
Hoffmann
, B.
Ofori-Okai
, R.
Li
, and A. H.
Reid
, Nature
565
(7737
), 61
(2019
).12.
X.
Yang
, C.
Vaswani
, C.
Sundahl
, M.
Mootz
, L.
Luo
, J.
Kang
, I.
Perakis
, C.
Eom
, and J.
Wang
, Nat. Photonics
13
(10
), 707
(2019
).13.
G.
Schmid
, K.
Schnorr
, S.
Augustin
, S.
Meister
, H.
Lindenblatt
, F.
Trost
, Y.
Liu
, N.
Stojanovic
, A.
Al-Shemmary
, and T.
Golz
, Phys. Rev. Lett.
122
(7
), 073001
(2019
).14.
X.
Li
, T.
Qiu
, J.
Zhang
, E.
Baldini
, J.
Lu
, A. M.
Rappe
, and K. A.
Nelson
, Science
364
(6445
), 1079
(2019
).15.
H.
Xu
, L.
Yan
, Y.
Du
, W.
Huang
, Q.
Tian
, R.
Li
, Y.
Liang
, S.
Gu
, J.
Shi
, and C.
Tang
, Nat. Photonics
15
(6
), 426
(2021
).16.
H.
Tang
, L.
Zhao
, P.
Zhu
, X.
Zou
, J.
Qi
, Y.
Cheng
, J.
Qiu
, X.
Hu
, W.
Song
, and D.
Xiang
, Phys. Rev. Lett.
127
(7
), 074801
(2021
).17.
M. T.
Hibberd
, A. L.
Healy
, D. S.
Lake
, V.
Georgiadis
, E. J.
Smith
, O. J.
Finlay
, T. H.
Pacey
, J. K.
Jones
, Y.
Saveliev
, and D. A.
Walsh
, Nat. Photonics
14
(12
), 755
(2020
).18.
D.
Zhang
, M.
Fakhari
, H.
Cankaya
, A.-L.
Calendron
, N. H.
Matlis
, and F. X.
Kärtner
, Phys. Rev. X
10
, 011067
(2020
).19.
D.
Zhang
, A.
Fallahi
, M.
Hemmer
, H.
Ye
, M.
Fakhari
, Y.
Hua
, H.
Cankaya
, A.-L.
Calendron
, L. E.
Zapata
, and N. H.
Matlis
, Optica
6
(7
), 872
(2019
).20.
D.
Zhang
, A.
Fallahi
, M.
Hemmer
, X.
Wu
, M.
Fakhari
, Y.
Hua
, H.
Cankaya
, A.-L.
Calendron
, L. E.
Zapata
, and N. H.
Matlis
, Nat. Photonics
12
(6
), 336
(2018
).21.
C.
Kealhofer
, W.
Schneider
, D.
Ehberger
, A.
Ryabov
, F.
Krausz
, and P.
Baum
, Science
352
(6284
), 429
(2016
).22.
W. R.
Huang
, A.
Fallahi
, X.
Wu
, H.
Cankaya
, A.-L.
Calendron
, K.
Ravi
, D.
Zhang
, E. A.
Nanni
, K.-H.
Hong
, and F. X.
Kärtner
, Optica
3
(11
), 1209
(2016
).23.
E. A.
Nanni
, W. R.
Huang
, K.-H.
Hong
, K.
Ravi
, A.
Fallahi
, G.
Moriena
, R. D.
Miller
, and F. X.
Kärtner
, Nat. Commun.
6
(1
), 8486
(2015
).24.
A. J.
Uzan
, G.
Orenstein
, Á.
Jiménez-Galán
, C.
McDonald
, R. E.
Silva
, B. D.
Bruner
, N. D.
Klimkin
, V.
Blanchet
, T.
Arusi-Parpar
, and M.
Krüger
, Nat. Photonics
14
(3
), 183
(2020
).25.
J.
Li
, J.
Lu
, A.
Chew
, S.
Han
, J.
Li
, Y.
Wu
, H.
Wang
, S.
Ghimire
, and Z.
Chang
, Nat. Commun.
11
(1
), 2748
(2020
).26.
S.
Ghimire
and D. A.
Reis
, Nat. Phys.
15
(1
), 10
(2019
).27.
H.
Liu
, Y.
Li
, Y. S.
You
, S.
Ghimire
, T. F.
Heinz
, and D. A.
Reis
, Nat. Phys.
13
(3
), 262
(2017
).28.
G.
Ndabashimiye
, S.
Ghimire
, M.
Wu
, D. A.
Browne
, K. J.
Schafer
, M. B.
Gaarde
, and D. A.
Reis
, Nature
534
(7608
), 520
(2016
).29.
X.
Chen
, H.
Wang
, C.
Wang
, C.
Ouyang
, G.
Wei
, T.
Nie
, W.
Zhao
, J.
Miao
, Y.
Li
, and L.
Wang
, Adv. Photonics Res.
2
(4
), 2000099
(2021
).30.
M.
Tong
, Y.
Hu
, Z.
Wang
, T.
Zhou
, X.
Xie
, X. A.
Cheng
, and T.
Jiang
, Nano Lett.
21
(1
), 60
(2021
).31.
H.
Zhao
, X.
Chen
, C.
Ouyang
, H.
Wang
, D.
Kong
, P.
Yang
, B.
Zhang
, C.
Wang
, G.
Wei
, and T.
Nie
, Adv. Photonics
2
(6
), 066003
(2020
).32.
X.
Chen
, X.
Wu
, S.
Shan
, F.
Guo
, D.
Kong
, C.
Wang
, T.
Nie
, C.
Pandey
, L.
Wen
, and W.
Zhao
, Appl. Phys. Lett.
115
(22
), 221104
(2019
).33.
B.
Wang
, S.
Shan
, X.
Wu
, C.
Wang
, C.
Pandey
, T.
Nie
, W.
Zhao
, Y.
Li
, J.
Miao
, and L.
Wang
, Appl. Phys. Lett.
115
(12
), 121104
(2019
).34.
T.
Seifert
, S.
Jaiswal
, U.
Martens
, J.
Hannegan
, L.
Braun
, P.
Maldonado
, F.
Freimuth
, A.
Kronenberg
, J.
Henrizi
, and I.
Radu
, Nat. Photonics
10
(7
), 483
(2016
).35.
T.
Huisman
, R.
Mikhaylovskiy
, J.
Costa
, F.
Freimuth
, E.
Paz
, J.
Ventura
, P.
Freitas
, S.
Blügel
, Y.
Mokrousov
, and T.
Rasing
, Nat. Nanotechnol.
11
(5
), 455
(2016
).36.
T.
Seifert
, S.
Jaiswal
, M.
Sajadi
, G.
Jakob
, S.
Winnerl
, M.
Wolf
, M.
Kläui
, and T.
Kampfrath
, Appl. Phys. Lett.
110
(25
), 252402
(2017
).37.
T.
Kampfrath
, M.
Battiato
, P.
Maldonado
, G.
Eilers
, J.
Nötzold
, S.
Mährlein
, V.
Zbarsky
, F.
Freimuth
, Y.
Mokrousov
, and S.
Blügel
, Nat. Nanotechnol.
8
(4
), 256
(2013
).38.
S.
Liu
, Z.
Fan
, C.
Lu
, J.
Gui
, C.
Luo
, S.
Wang
, Q.
Liang
, B.
Zhou
, A.
Houard
, A.
Mysyrowicz
, V.
Kostin
, and Y.
Liu
, Phys. Rev. A
102
(6
), 063522
(2020
).39.
J.
Liu
, J.
Dai
, S. L.
Chin
, and X.-C.
Zhang
, Nat. Photonics
4
(9
), 627
(2010
).40.
J.
Liu
and X.-C.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
103
(23
), 235002
(2009
).41.
X.
Xie
, J.
Dai
, and X.-C.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
96
(7
), 075005
(2006
).42.
K.-Y.
Kim
, A.
Taylor
, J.
Glownia
, and G.
Rodriguez
, Nat. Photonics
2
(10
), 605
(2008
).43.
N.
Vvedenskii
, A.
Korytin
, V.
Kostin
, A.
Murzanev
, A.
Silaev
, and A.
Stepanov
, Phys. Rev. Lett.
112
(5
), 055004
(2014
).44.
K.-Y.
Kim
, J. H.
Glownia
, A. J.
Taylor
, and G.
Rodriguez
, Opt. Express
15
(8
), 4577
(2007
).45.
L.-L.
Zhang
, W.-M.
Wang
, T.
Wu
, R.
Zhang
, S.-J.
Zhang
, C.-L.
Zhang
, Y.
Zhang
, Z.-M.
Sheng
, and X.-C.
Zhang
, Phys. Rev. Lett.
119
(23
), 235001
(2017
).46.
P. G.
de Alaiza Martínez
, I.
Babushkin
, L.
Bergé
, S.
Skupin
, E.
Cabrera-Granado
, C.
Köhler
, U.
Morgner
, A.
Husakou
, and J.
Herrmann
, Phys. Rev. Lett.
114
(18
), 183901
(2015
).47.
H.
Bakker
, G.
Cho
, H.
Kurz
, Q.
Wu
, and X.-C.
Zhang
, J. Opt. Soc. Am. B
15
(6
), 1795
(1998
).48.
J.
Liu
and X.-C.
Zhang
, Appl. Phys. Lett.
96
(4
), 041505
(2010
).© 2022 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2022
Author(s)
You do not currently have access to this content.