En spintronique, l'information est portée par la direction du spin des électrons qui peut s'inverser suivant l'environnement magnétique, sans transport de charge, et donc à moindre coût énergétique. Mais comment convertir un signal électronique classique (un courant électrique) en « courant de spin » pur et vice versa ? Une méthode consiste à mobiliser une interaction entre spins et charges en mouvement, aussi appelée « couplage spin-orbite », comme l'effet Hall de spin, qui voit le passage d'un courant séparer les électrons selon leur état de spin.

Des physiciens de l'Iramis et de l'Université de Genève ont étudié un effet équivalent – l'effet Rashba-Edelstein – dans un milieu bidimensionnel conducteur, situé à l'interface entre deux isolants non magnétiques : l'aluminate de lanthane (LaAlO₃) et le titanate de strontium (SrTiO₃). Cette interface polarisée présente un champ électrique, qui induit un champ magnétique « vu » par les électrons relativistes et à l'origine d'un couplage spin-orbite. Ce champ magnétique, perpendiculaire à la trajectoire des électrons, fixe la direction possible de leur spin, ce qui donne naissance à une « texture de spins ».

Expérimentalement, les chercheurs ont mesuré la tension électrique résultant de l'injection à l'interface d'un courant de spin et de fonctions d'onde électroniques hélicoïdales porteuses d'un moment cinétique « orbital ». Les deux contributions ont pu être séparées, car elles présentent des symétries cristallines différentes.

Résultat : les contributions liées au spin et au moment cinétique orbital participent sensiblement à parts égales, mais en sens opposés. En prenant en compte les conditions expérimentales de l'injection de moment cinétique orbital, les chercheurs montrent que la composante « orbitalaire » est environ dix fois plus efficace que celle de l'injection de spin pour la conversion en courant de charge.

Ces résultats invitent à utiliser plus largement les effets du moment cinétique orbital et confirment le potentiel du degré de liberté « orbitalaire », à la fois pour le stockage et le traitement de l'information en spintronique.