Spintronics and magneto-optics of nanomaterials

Marcos H.D. Guimarães is universitair hoofddocent (adjunct hoogleraar) aan het Zernike Institute for Advanced Materials (Faculty of Science and Engineering) van de Rijksuniversiteit Groningen. Hij is hoofdonderzoeker van de onderzoeksgroep Opto-Spintronics of Quantum Materials en onderzoekt de wisselwerking tussen licht, elektronenlading en spin, in structuren van slechts een paar atomen dik. In 2020 trad Marcos toe tot de Young Academy Groningen , waar hij de meningen en zorgen van jonge onderzoekers wil verwoorden en de wetenschappelijke outreach-programma's van de Rijksuniversiteit Groningen wil verbreden.

Marcos Guimarães studeerde aan de Federale Universiteit van Minas Gerais in Brazilië, waar hij een bachelor- en masterdiploma in natuurkunde behaalde. Hij promoveerde in 2015 aan de Rijksuniversiteit Groningen. Nadat hij twee persoonlijke onderzoeksbeurzen had gekregen, de NWO Rubicon, en een Kavli Institute Fellowship uit de VS, verhuisde hij naar Cornell University, VS, waar hij zijn onderzoeksfocus uitbreidde naar andere tweedimensionale materialen en deze bestudeerde met behulp van een verscheidenheid aan van optische en elektrische technieken. In 2017 ontving Marcos een NWO VENI-subsidie ​​en keerde terug naar Nederland, waar hij zijn experimentele achtergrond verder uitbreidde met het bestuderen van ultrasnelle optica in tweedimensionale materialen aan de Technische Universiteit Eindhoven. In februari 2019 trad hij in dienst bij het Zernike Institute for Advanced Materials als universitair docent. In 2023 ontving hij een ERC Starting Grant (2D-OPTOSPIN). Het onderzoek van de Guimarães-groep richt zich op de magnetische en spintronische eigenschappen van tweedimensionale materialen en dunne metaalfilms, bestudeerd met behulp van magneto-optische en elektrische technieken.

My top 3 recent publications:

[1] Jan Hidding*, Cédric A. Cordero-Silis*, Daniel Vaquero, Konstantinos P. Rompotis, Jorge Quereda, and Marcos H. D. Guimarães, "Locally Phase-Engineered MoTe2 for Near-Infrared Photodetectors", ACS Photonics 11, 4083 (2024).

In this work we show how to make atomically-thin photodetectors through direct crystal phase engineering of the van der Waal material MoTe2. The devices show orders of magnitude improvement on the speed of photodetection compared to bulky 3D contacts.

[2] J. Aaron Mendoza-Rodarte, Maxen Cosset-Chéneau, Bart J. van Wees, and Marcos H. D. Guimarães, "Efficient Magnon Injection and Detection via the Orbital Rashba Edelstein Effect", Phys. Rev. Lett. 132, 226704 (2024).

In this work we show orders of magnitude enhancement of the spin signals in nonlocal magnon devices by exploiting the orbital angular momentum of the electron through the orbital Rashba-Edelstein effect. It is the first demonstration of this effect in magnonic devices and the first demonstration of the different efficiencies for charge-to-spin and spin-to-charge interconversion factors.

[3] Freddie Hendriks, Rafael R. Rojas-Lopez, Bert Koopmans, and
Marcos H. D. Guimarães, "Electric control of optically-induced magnetization dynamics in a van der Waals ferromagnet", Nature Communications 15, 1298 (2024).

This work shows the first demonstration of electrical control of the ultrafast magnetization dynamics and coherent opto-magnetic phenomena in a 2D magnet. We show that we can excite magnetization dynamics non-thermally using ultrashort laser pulses and the efficiency is effectively controlled by gating