自旋電子學可能導致面向未來的新一代信息技術。自旋流的產生、調控以及自旋流-電流的轉換是自旋電子學研究的核心問題。具有Rashba 形式自旋-軌道耦合的二維電子體系為自旋流的高效調控提供了新機遇。對于二維電子體系，V. M. Edelstein 預言存在一種新物理效應，即Edelstein效應：與二維體系電流傳輸方向相垂直的方向上會產生純自旋流。與此相反，當自旋流被注入二維電子體系時，二維界面的Rashba效應可使電子發生與自旋取向有關的定向偏轉，產生相應的電信號，這就是所謂的逆Edelstein。
Edelstein 效應一經提出，就受到了廣泛關注，最近幾年科學工作者先后在具有強自旋-軌道耦合特征的金屬界面和拓撲絕緣體表面/界面觀察到了Edelstein 效應，證實了二維界面在自旋-電荷轉換中的獨特作用。但是，夾在兩種絕緣的復雜氧化物之間的二維電子液體是否呈現Edelstein 效應一直沒有答案。此前的研究已經發現，在LaAlO3 (LAO) 和 SrTiO3 (STO) 界面的二維電子液體，表現出一系列獨特物理性質，例如二維鐵磁性、二維超導電性以及柵極電壓可調控的Rashba形式的自旋-軌道耦合。這類電子液體和以往研究的二維電子體系完全不同，由d電子構成，不僅呈現強電子關聯特征，同時具有固有磁矩，從而為自旋流-電流轉換研究，也為新奇物理效應的探索提供了理想平臺。最近，中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）磁學實驗室博士研究生張洪瑞、研究員孫繼榮與北京大學物理學院教授韓偉 、施靖合作，在LAO/STO二維電子液體中成功地實現了高效自旋流-電流轉換：利用鐵磁共振技術實現自旋泵浦，進而注入自旋流到LAO/STO界面，他們發現自旋流會導致沿界面的橫向電荷累積，形成自旋流-電流轉換，即逆Edelstein 效應。進一步研究還發現，這一效應發生在室溫附近的寬溫區內，且利用柵極電壓可以在很大的范圍內調控其轉換效率。更有意思的發現是，自旋流可以穿透很厚的LAO絕緣層，達到界面，即使LAO絕緣層厚到16nm時仍然可以發生明顯的轉換效應。這一特點完全不同于此前研究的金屬與拓撲絕緣體體系，暗示氧化物中可能存在非常規的自旋流傳輸機制。這一工作清楚表明氧化物界面支持高效自旋-電荷轉換，后者正是自旋電子學關注的核心問題。
這一研究發表在《科學進展》（Science Advances）上。該工作得到了科技部（2015CB921104, 2016YFA0300701, 2014CB920902）、國家自然科學基金委項目（11574006 and 11520101002）和中科院的支持。
圖1. SrTiO3 與LaAlO3 界面二維電子液體能帶結構、Rashba形式的自旋-軌道耦合以及自旋泵浦示意圖。
圖2. LAO/STO二維電子液體逆Edelstein 效應的溫度依賴關系。LAO厚度為6 單胞（約2.4nm）。
圖3. 柵極電壓對二維電子液體自旋-電荷轉換效應的調制。LAO 厚度3 個單胞（約1.2nm）