旋带几何驱动内在热力学自旋磁化与电流

在无磁场或电场的情况下产生自旋磁化与自旋电流是自旋热力学领域的关键前沿。由热梯度驱动的自旋响应为这一目标提供了可行之路，但在非磁性材料中，尤其是其带几何本质的内在机制仍知之甚少。本文发展了一套统一的量子理论，论述其在它性电子中的热力学自旋磁化与自旋电流，根植于自旋带几何，包含费米面与费米海贡献。我们识别出两种关键几何量：自旋速度度张量，主导热力学自旋磁化；自旋几何张量，融合自旋Berry 曲率与自旋量子度量，产生热力学自旋电流。这些内在贡献在非磁性绝缘体中仍然存在，甚至可能占主导地位。针对手性金属 RhGe 与反磁性体 CuMnAs进行数值计算，显示热力学自旋响应在能带交叉处可观。我们的结果确立了热力学自旋输运的带几何起源，为发现与工程化下一代自旋热力学材料提供了指导原则。