&ampampltEM&ampampgtScience Advances&ampampltEM&ampampgt刊登韩伟课题组&ampampltBR&ampampgt关于全氧化物界面Rashba二维电子气中自旋和电荷转换的研究工作

近日，北京大学量子材料科学中间韩伟课题组与中科院物理所孙继荣课题组合作，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，并在室温成功地发现逆Edelstein效应产生的自旋旌旗灯号。该工作被Science Advances杂志以题目“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，这种征象被称为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路。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蕴蓄可以产生面内电场，这种征象被称为逆Edelstein效应。因为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、拓扑外观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。工作体系地测量了逆Edelstein效应随频率、功率、温度和LAO厚度的转变关系，从各个方面证明了所观察到的旌旗灯号。特别很是风趣的是，实验在室温下显现了门电压对自旋旌旗灯号的调控作用，如图(C)所示。这意味着门电压可以被用作一个很壮大的工具调节自旋电荷转化服从，甚至自旋旌旗灯号的开关。

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效应旌旗灯号。

相干文章已于2017年3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天然科学基金委、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撑。

另外，分外值得一提的是，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)】。

这两篇紧张论文都揭示出复杂氧化物界面很有盼望在将来被用以高服从地产生和探测自旋流，为基于复杂氧化物界面的新鲜自旋器件奠定了基础。

相干链接：

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://www.phy.pku.edu.cn/~LabSpin/home.html

编辑：安宁