利用能带反交叉和非磁性杂质散射调控自旋霍尔效应

自旋霍尔效应（SHE）是利用自旋流作为自旋电子学器件的有前景的现象之一，对其微观机制的理论理解对于知晓如何调控其响应至关重要。尽管由于轨道自由度和反演对称性（IS）破缺的协同作用，无IS的多轨道系统中的SHE预期会表现出若干特征性质，但对这种协同作用的理论理解一直缺乏。为阐明该协同作用，我们基于线性响应理论，研究了在稀薄非磁性杂质存在下，Sr$_2$RuO$_4$的$[001]$表面或界面的$t_{2g}$轨道紧束缚模型的SHE所导出的自旋霍尔电导率（SHC）。我们发现，由轨道自由度与IS破缺共同导致的能带反交叉，在某些非磁性杂质浓度下引起SHC大小的增加和符号的改变。由于类似的调控霍尔效应响应大小和符号的机制也适用于其他无IS的多轨道系统，我们的机制提供了一种普适方法，通过引入IS破缺并调节非磁性杂质浓度，来调控某些多轨道系统中霍尔效应响应的大小和符号。