近日, 量子物质科学协同创新中心、太阳成集团tyc234cc量子材料科学中心韩伟课题组与中科院物理所孙继荣课题组共同合作，对Rashba自旋分裂的二维电子气进行了自旋注入和自旋电荷转换的研究，并在室温成功的发现逆Edelstein效应产生的自旋信号。该工作被《Science Advances》杂志以标题“Observation of Inverse Edelstein Effect in Rashba-Split 2DEG between SrTiO3 and LaAlO3 at Room Temperature”报道。
早在上世纪90年代，Edelstein就预言在对称反演破缺的二维电子气中流动的电流会引起自旋流，这种现象被称为Edelstein效应。Edelstein效应的强弱取决于由反演对称性破缺导致的自旋轨道耦合。就像图(a)所示，这种自旋轨道耦合将载流子的动量方向和自旋方向锁定在一起。Edelstein效应的逆过程意味着在对称性破缺的二维电子气中不平衡的自旋注入和积聚可以产生面内电场，这种现象被称为逆Edelstein效应。由于Edelstein效应和逆Edelstein效应中潜在高效的自旋电流转换，近年来人们以Rashba界面、二维材料、拓扑表面态为载体进行了大量的实验。
如图(b)所示，在孙继荣课题组提供的高质量SrTiO3/LaAlO3薄膜样品上，韩伟课题组使用自旋泵浦技术将自旋流从坡莫合金（Py）磁性电极穿过厚达40uc的LAO绝缘层注入到二维电子气中，并进行逆Edelstein效应的测量。工作系统地测量了逆Edelstein效应随频率、功率、温度和LAO厚度的变化关系，从各个方面证实了所观察到的信号。非常有趣的是,实验在室温下展现了门电压对自旋信号的调控作用，如图(c)所示。这意味着门电压可以被用作一个很强大的工具调节自旋电荷转化效率，甚至自旋信号的开关。
|
| 在SrTiO3/LaAlO3异质结界面处Rashba二维电子气中观测到逆 Edelstein效应。A，Rashba自旋分裂的二维电子气的色散关系。B，逆 Edelstein效应测量示意图。C，室温下使用门电压调控SrTiO3/3UC LaAlO3界面处Rashba二维电子气中的逆Edelstein效应信号。 |
相关文章已于2017年03月17日在Science Advances上在线刊登（Science Advances, 3, e1602312 (2017)）。北大博士生宋琪和物理所博士生张洪瑞为共同第一作者，该项工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部、中科院、中科院百人计划以及中组部千人计划的经费支持。
另外，特别值得一提的是，诺贝尔奖得主法国Fert教授团队也对SrTiO3/LaAlO3界面的自旋和电荷转换进行了研究，他们的文章比韩伟课题组及其合作者的工作略早在Nature Materials上发表（Nature Materials 15, 1261–1266 (2016)）。
这两篇重要论文都揭示出复杂氧化物界面很有希望在未来被用以高效率的产生和探测自旋流，为基于复杂氧化物界面的新颖自旋器件奠定了基础。
论文链接: http://advances.sciencemag.org/content/3/3/e1602312
诺贝尔奖得主法国Fert教授团队的论文链接：http://www.nature.com/nmat/journal/v15/n12/full/nmat4726.html
韩伟研究员实验室主页: http:/~LabSpin/home.html
