Metal/SrTiO<sub>3</sub> two-dimensional electron gases for spin-to-charge conversion

ORAL

Abstract

An emerging direction in oxide research aims at probing interfaces with two-dimensional electron gases (2DEGs) possessing a finite Rashba spin-orbit coupling. This allows the interconversion of spin and charge through the direct and inverse Edelstein and spin Hall effects which play a key role for future spintronics devices. A very simple path to achieve SrTiO3-based 2DEGs is by deposition of reactive metals on SrTiO3. Here we compare the formation and properties of 2DEGs generated in SrTiO3 by the growth of Al, Ta, and Y ultrathin films by magnetron sputtering. X-ray photoelectron spectroscopy study revealed the quantification of reduced Ti states associated with 2DEG formation. The carrier densities are extracted from magnetotransport measurements. Finally, spin-charge conversion has been measured and compared between different metal/SrTiO3 systems by spin-pumping experiments where the samples were capped with an extra NiFe layer. The trends observed for different metal/SrTiO3 systems provide a systematic study as a function of the carrier density and the transparency of the metal oxide tunnel barrier.

*We thank FEINMAN Intel Science and Technolgy Center for providing the funding for the work. We further acknowledge I. Young, C. Lin, T. Gosavi, and D. Nikonov for discussion.

Presenters

  • Srijani Mallik

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay

Authors

  • Srijani Mallik

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
  • Luis Moreno

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
  • Maxen Cosset-Cheneau

    • Spintec, CEA
    • Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble, INP, IRIG-Spintec
    • Univ. Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, INAC, SPINTEC, F-38000 Grenoble, France, Spintec
  • Paul Noel

    • Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble, INP, IRIG-Spintec
  • Diogo Vaz

    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
    • Unité Mixte de Physique CNRS Thales, Paris-Sud, Université Paris-Saclay
  • Felix Trier

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
  • Anke Sander

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
    • Unité Mixte de Physique, CNRS/Thales
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767, Palaiseau, France
  • Agnès Barthélémy

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
    • Unité Mixte de Physique CNRS Thales, Paris-Sud, Université Paris-Saclay
  • Jean-Phillippe Attane

    • Spintec, CEA
    • Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble, INP, IRIG-Spintec
    • Univ. Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, INAC, SPINTEC, F-38000 Grenoble, France, Spintec
  • Laurent Vila

    • Spintec, CEA
    • Université Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble, INP, IRIG-Spintec
    • Univ. Grenoble Alpes, CEA, CNRS, Grenoble INP, INAC, SPINTEC, F-38000 Grenoble, France, Spintec
  • Manuel Bibes

    • CNRS/THALES
    • Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Universite Paris-Saclay
    • Unité Mixte de Physique, CNRS, Thales, Université Paris-Saclay, 91767 Palaiseau, France
    • Unité Mixte de Physique CNRS Thales, Paris-Sud, Université Paris-Saclay