A spin-splitting state due to a Rashba-type spin–orbit interaction is investigated using two-dimensional electron gas (2DEG) at the surface of SrTiO3. The circular photogalvanic effect is utilized to detect the spin-splitting state. Both the polarization and incident light angle dependence of the measured photocurrent generated in the 2DEG unequivocally show the presence of surface spin splitting in the 2DEG, and variation of the carrier densities of the 2DEG provides further supporting evidence. This finding could pave the way for investigating spin textures and spin physics in two-dimensional carrier gas systems.

1.
J. E.
Hirsch
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
1834
(
1999
).
2.
Y. K.
Kato
,
R. C.
Myers
,
A. C.
Gossard
, and
D. D.
Awschalom
,
Science
306
,
1910
(
2004
).
3.
S.
Murakami
,
N.
Nagaosa
, and
S.-C.
Zhang
,
Science
301
,
1348
(
2003
).
4.
E.
Saitoh
,
M.
Ueda
,
H.
Miyajima
, and
G.
Tatara
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
182509
(
2006
).
5.
M. Z.
Hasan
and
C. L.
Kane
,
Rev. Mod. Phys.
82
,
3045
(
2010
).
6.
N.
Fukumoto
,
R.
Ohshima
,
M.
Aoki
,
Y.
Fuseya
,
M.
Matsushima
,
E.
Shigematsu
,
T.
Shinjo
,
Y.
Ando
,
S.
Sakamoto
,
M.
Shiga
,
S.
Miwa
, and
M.
Shiraishi
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
120
,
e2215030120
(
2023
).
7.
G. Y.
Guo
,
S.
Murakami
,
T.-W.
Chen
, and
N.
Nagaosa
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
096401
(
2008
).
8.
L.
Liu
,
T.
Moriyama
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Phys. Rev. Lett.
106
,
036601
(
2011
).
9.
I. M.
Miron
,
K.
Garello
,
G.
Gaudin
,
P.-J.
Zermatten
,
M. V.
Costache
,
S.
Auffret
,
S.
Bandiera
,
B.
Rodmacq
,
A.
Schuhl
, and
P.
Gambardella
,
Nature
476
,
189
(
2011
).
10.
L.
Liu
,
C.-F.
Pai
,
Y.
Li
,
H. W.
Tseng
,
D. C.
Ralph
, and
R. A.
Buhrman
,
Science
336
,
555
(
2012
).
11.
Y. M.
Itahashi
,
T.
Ideue
,
Y.
Saito
,
S.
Shimizu
,
T.
Ouchi
,
T.
Nojima
, and
Y.
Iwasa
,
Sci. Adv.
6
,
eaay9120
(
2020
).
12.
T.
Ideue
,
K.
Hamamoto
,
S.
Koshikawa
,
M.
Ezawa
,
S.
Shimizu
,
Y.
Kaneko
,
Y.
Tokura
,
N.
Nagaosa
, and
Y.
Iwasa
,
Nat. Phys.
13
,
578
(
2017
).
13.
Y. A.
Bychkov
and
É. I.
Rashba
,
Sov. J. Exp. Theor. Phys. Lett.
39
,
78
(
1984
).
14.
C. R.
Ast
,
J.
Henk
,
A.
Ernst
,
L.
Moreschini
,
M. C.
Falub
,
D.
Pacilé
,
P.
Bruno
,
K.
Kern
, and
M.
Grioni
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
186807
(
2007
).
15.
A. D.
Caviglia
,
M.
Gabay
,
S.
Gariglio
,
N.
Reyren
,
C.
Cancellieri
, and
J.-M.
Triscone
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
126803
(
2010
).
16.
K.
Ishizaka
,
M. S.
Bahramy
,
H.
Murakawa
,
M.
Sakano
,
T.
Shimojima
,
T.
Sonobe
,
K.
Koizumi
,
S.
Shin
,
H.
Miyahara
,
A.
Kimura
,
K.
Miyamoto
,
T.
Okuda
,
H.
Namatame
,
M.
Taniguchi
,
R.
Arita
,
N.
Nagaosa
,
K.
Kobayashi
,
Y.
Murakami
,
R.
Kumai
,
Y.
Kaneko
,
Y.
Onose
, and
Y.
Tokura
,
Nat. Mater.
10
,
521
(
2011
).
17.
S.
Takasuna
,
J.
Shiogai
,
S.
Matsuzaka
,
M.
Kohda
,
Y.
Oyama
, and
J.
Nitta
,
Phys. Rev. B
96
,
161303
(
2017
).
18.
Y.
Ando
,
T.
Hamasaki
,
T.
Kurokawa
,
K.
Ichiba
,
F.
Yang
,
M.
Novak
,
S.
Sasaki
,
K.
Segawa
,
Y.
Ando
, and
M.
Shiraishi
,
Nano Lett.
14
,
6226
(
2014
).
19.
S.
LaShell
,
B. A.
McDougall
, and
E.
Jensen
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
3419
(
1996
).
20.
D.
Hsieh
,
D.
Qian
,
L.
Wray
,
Y.
Xia
,
Y. S.
Hor
,
R. J.
Cava
, and
M. Z.
Hasan
,
Nature
452
,
970
(
2008
).
21.
P.
Corbae
,
S.
Ciocys
,
D.
Varjas
,
E.
Kennedy
,
S.
Zeltmann
,
M.
Molina-Ruiz
,
S. M.
Griffin
,
C.
Jozwiak
,
Z.
Chen
,
L.-W.
Wang
,
A. M.
Minor
,
M.
Scott
,
A. G.
Grushin
,
A.
Lanzara
, and
F.
Hellman
,
Nat. Mater.
22
,
200
(
2023
).
22.
S. D.
Ganichev
and
W.
Prettl
,
J. Phys.: Condens. Matter
15
,
R935
(
2003
).
23.
J. W.
McIver
,
D.
Hsieh
,
H.
Steinberg
,
P.
Jarillo-Herrero
, and
N.
Gedik
,
Nat. Nanotechnol.
7
,
96
(
2012
).
24.
S.
Wang
,
H.
Zhang
,
J.
Zhang
,
S.
Li
,
D.
Luo
,
J.
Wang
,
K.
Jin
, and
J.
Sun
,
Phys. Rev. Lett.
128
,
187401
(
2022
).
25.
Q.
Wang
,
J.
Zheng
,
Y.
He
,
J.
Cao
,
X.
Liu
,
M.
Wang
,
J.
Ma
,
J.
Lai
,
H.
Lu
,
S.
Jia
,
D.
Yan
,
Y.
Shi
,
J.
Duan
,
J.
Han
,
W.
Xiao
,
J.-H.
Chen
,
K.
Sun
,
Y.
Yao
, and
D.
Sun
,
Nat. Commun.
10
,
5736
(
2019
).
26.
J. H.
Ngai
,
Y.
Segal
,
F. J.
Walker
, and
C. H.
Ahn
,
Phys. Rev. B
83
,
045304
(
2011
).
27.
W.
Zhang
,
Q.
Wang
,
B.
Peng
,
H.
Zeng
,
W. T.
Soh
,
C. K.
Ong
, and
W.
Zhang
,
Appl. Phys. Lett.
109
,
262402
(
2016
).
28.
P.
He
,
S. M.
Walker
,
S. S.-L.
Zhang
,
F. Y.
Bruno
,
M. S.
Bahramy
,
J. M.
Lee
,
R.
Ramaswamy
,
K.
Cai
,
O.
Heinonen
,
G.
Vignale
,
F.
Baumberger
, and
H.
Yang
,
Phys. Rev. Lett.
120
,
266802
(
2018
).
29.
H.
Yang
,
B.
Zhang
,
X.
Zhang
,
X.
Yan
,
W.
Cai
,
Y.
Zhao
,
J.
Sun
,
K. L.
Wang
,
D.
Zhu
, and
W.
Zhao
,
Phys. Rev. Appl.
12
,
034004
(
2019
).
30.
S.
Noh
,
D.
Choe
,
H.
Jin
, and
J.-W.
Yoo
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
14
,
50280
(
2022
).
31.
A.
Ohtomo
and
H. Y.
Hwang
,
Nature
427
,
423
(
2004
).
32.
N.
Reyren
,
S.
Thiel
,
A. D.
Caviglia
,
L. F.
Kourkoutis
,
G.
Hammerl
,
C.
Richter
,
C. W.
Schneider
,
T.
Kopp
,
A.-S.
Rüetschi
,
D.
Jaccard
,
M.
Gabay
,
D. A.
Muller
,
J.-M.
Triscone
, and
J.
Mannhart
,
Science
317
,
1196
(
2007
).
33.
E.
Lesne
,
Y.
Fu
,
S.
Oyarzun
,
J. C.
Rojas-Sánchez
,
D. C.
Vaz
,
H.
Naganuma
,
G.
Sicoli
,
J.-P.
Attané
,
M.
Jamet
,
E.
Jacquet
,
J.-M.
George
,
A.
Barthélémy
,
H.
Jaffrès
,
A.
Fert
,
M.
Bibes
, and
L.
Vila
,
Nat. Mater.
15
,
1261
(
2016
).
34.
R.
Ohshima
,
Y.
Ando
,
K.
Matsuzaki
,
T.
Susaki
,
M.
Weiler
,
S.
Klingler
,
H.
Huebl
,
E.
Shikoh
,
T.
Shinjo
,
S. T. B.
Goennenwein
, and
M.
Shiraishi
,
Nat. Mater.
16
,
609
(
2017
).
35.
36.
C.
Lin
and
A. A.
Demkov
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
217601
(
2013
).
37.
T.
Sakudo
and
H.
Unoki
,
Phys. Rev. Lett.
26
,
851
(
1971
).
38.
S.
Dushenko
,
M.
Hokazono
,
K.
Nakamura
,
Y.
Ando
,
T.
Shinjo
, and
M.
Shiraishi
,
Nat. Commun.
9
,
3118
(
2018
).
You do not currently have access to this content.