p带半金属中的强自旋霍尔与能斯特效应

由于自旋电流可通过自旋霍尔效应（SHE）产生、探测和操控，强SHE材料的设计已成为自旋电子学领域的焦点。由于近期的实验进展，作为SHE热电对应物的自旋能斯特效应（SNE）也引起了广泛关注。经验上，强SHE和SNE与$d$带化合物（如过渡金属及其合金）相关——$p$带材料中最大的自旋霍尔电导（SHC）为Bi-Sb合金的约$450$ $\left(\hbar/e\right)\left(\Omega\cdot cm\right)^{-1}$，仅约为铂的五分之一。这引发了一个问题：SHE和SNE在$p$带化合物中天然受抑制，还是有利的$p$带体系尚未被识别。本文考虑$p$带半金属InBi，并预测其具有创纪录的SHC $\sigma_{xy}^{z}\approx 1100 \ \left(\hbar/e\right)\left(\Omega\cdot cm\right)^{-1}$，这源于其能带结构中节点线的存在。自旋能斯特电导$\alpha_{zx}^y\approx 1.2 \ (\hbar/e)(A/m\cdot K)$也非常大，但我们的分析表明其起源不同，因为最大值出现在不同的张量元中。在InBi上获得的这一见解为在$p$带材料中获得强SHE和SNE提供了指导原则，并建立了对SHE与SNE关系更全面的理解。