L’effet Edelstein orbital (OEE), qui convertit un champ électrique en une polarisation orbitale hors équilibre, est un phénomène théoriquement intrigant mais difficile à mettre en évidence expérimentalement. Bien que des signes de l’OEE aient été signalés, ses origines microscopiques et sa validation quantitative sont encore mal comprises.
Dans nos travaux récents publiés dans Advanced Materials, nous nous sommes intéressés aux gaz d’électrons bidimensionnels (2DEG) de KTaO₃(110), un système modèle où un fort couplage spin-orbite et une brisure de symétrie d’inversion à l’interface permettent l’émergence de textures de spin et orbitales robustes. En combinant la microscopie électronique à transmission à balayage (STEM), la spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS), la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et la spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES), nous avons établi un lien direct entre la structure atomique des interfaces KTaO₃(110) et la dispersion de leurs bandes électroniques. Nos calculs et expériences ont révélé des surfaces de Fermi anisotropes présentant un caractère orbital mixte, où l’effet OEE contrebalance l’effet Edelstein de spin (SEE). Des mesures de magnétotransport en seconde harmonique ont confirmé que l’effet OEE contribue à hauteur d’environ 20 % au signal total, validant ainsi son rôle dans la réponse spin-orbitronique observée.
Ces travaux font de KTaO₃(110) une plateforme prometteuse pour l’orbitronique, où la polarisation orbitale pourrait être exploitée pour les dispositifs spintroniques de nouvelle génération. La supraconductivité étant également présente dans ces systèmes, l’interaction entre les degrés de liberté orbitaux et de spin peut également apporter un nouvel éclairage sur les mécanismes d’appariement supraconducteur.
Cette recherche est le fruit d’une collaboration entre le Laboratoire Albert Fert, le Laboratoire de Physique des Solides (LPS), le synchrotron SOLEIL, l’Institut Max Planck de Halle et l’université de Halle.
Orbital and Spin Edelstein Effects in KTaO3(110) Two-Dimensional Electron Gases
H. Witt, A. Raji, S. Mallik, et al., Advanced Materials (2026): e73899.
