The electronic reconstruction at the interface between two insulating oxides can give rise to a highly conductive interface1,2. Here we show how, in analogy to this remarkable interface-induced conductivity, magnetism can be induced at the interface between the otherwise non-magnetic insulating perovskites SrTiO3 and LaAlO3. A large negative magnetoresistance of the interface is found, together with a logarithmic temperature dependence of the sheet resistance. At low temperatures, the sheet resistance reveals magnetic hysteresis. Magnetic ordering is a key issue in solid-state science and its underlying mechanisms are still the subject of intense research. In particular, the interplay between localized magnetic moments and the spin of itinerant conduction electrons in a solid gives rise to intriguing many-body effects such as Ruderman–Kittel–Kasuya–Yosida interactions3, the Kondo effect4 and carrier-induced ferromagnetism in diluted magnetic semiconductors5. The conducting oxide interface now provides a versatile system to induce and manipulate magnetic moments in otherwise non-magnetic materials.

Abstract A large variety of transport properties have been observed at the interface between the insulating oxides SrTiO 3 and LaAlO 3 such as insulation, 2D interface metallicity, 3D bulk metallicity, magnetic scattering, and superconductivity. The relation between the structure and the properties of the SrTiO 3 /LaAlO 3 interface can be explained in a meaningful way by taking into account the relative contribution of three structural aspects: oxygen vacancies, structural deformations (including cation disorder), and electronic interface reconstruction. The emerging phase diagram is much richer than for related bulk oxides due to the occurrence of interface electronic reconstruction. The observation of this interface phenomenon is a display of recent advances in thin film deposition and characterization techniques, and provides an extension to the range of exceptional electronic properties of complex oxides.

Conventional two-dimensional electron gases are realized by engineering the interfaces between semiconducting compounds. In 2004, Ohtomo and Hwang discovered that an electron gas can be also realized at the interface between large gap insulators made of transition metal oxides [1]. This finding has generated considerable efforts to clarify the underlying microscopic mechanism. Of particular interest is the LaAlO3/SrTiO3 system, because it features especially striking properties. High carrier mobility [1], electric field tuneable superconductivity [2] and magnetic effects [3], have been found. Here we show that an orbital reconstruction is underlying the generation of the electron gas at the LaAlO3/SrTiO3 n-type interface. Our results are based on extensive investigations of the electronic properties and of the orbital structure of the interface using X-ray Absorption Spectroscopy. In particular we find that the degeneracy of the Ti 3d states is fully removed, and that the Ti 3dxy levels become the first available states for conducting electrons.