守恒自旋电流理论及其在二维空穴气中的应用

我们提出了守恒自旋电流的详细微观理论，该理论由我们引入[Phys. Rev. Lett. \textbf{96}, 196602 (2006)]，并且即使在自旋轨道耦合系统中也满足自旋连续性方程。作为对电场的响应，自旋输运系数$\sigma_{\mu\nu}^{s}$被证明由两部分组成，即常规部分$\sigma_{\mu\nu}^{s0}$和自旋扭矩偶极修正$\sigma_{\mu\nu }^{s\tau}$。作为一个关键结果，我们展示了$\sigma_{\mu\nu }^{s}$与其他类型输运系数之间的Onsager关系。我们推导了用单粒子Bloch态表示的$\sigma_{\mu\nu}^{s}$表达式，并利用该表达式研究了由Luttinger和SIA Rashba自旋轨道耦合组合建模的二维空穴气中的守恒自旋霍尔电导率。结果表明，自旋霍尔电导率的两个分量通常具有相反的贡献。在不存在Rashba自旋分裂的情况下，自旋霍尔输运由常规贡献主导，而Rashba自旋分裂的存在引起了自旋扭矩偶极修正的大幅增强，导致总自旋霍尔电导率的整体符号改变。此外，我们给出了近似的两带计算，并与精确的四带结果进行了比较，揭示了在强Rashba自旋分裂情况下应考虑重空穴带和轻空穴带之间的耦合。