中文摘要：

设计和制备产生自旋流的自旋电池器件，是当前信息材料、半导体材料和凝聚态物理学研究的国际前沿课题。通过自旋霍尔效应产生自旋流是一个理想产生自旋流的方式,它具有下面的优点(1)它驱动自旋流的同时没有电荷流;（２）它能产生一个稳定的可测的相干自旋流; (3) 它驱动的自旋流是无耗散的。 本项目拟利用第一性原理研究自旋霍尔效应，揭示自旋霍尔效应和电子能带结构之间的关系，计算一系列材料的自旋霍尔电导率, 寻找具有大自旋霍尔效应并能产生大的自旋流的电池材料，为自旋电池器件的实验开发准备坚实的理论基础。

结论摘要：

设计和制备产生自旋流的自旋电池器件，是当前信息材料、半导体材料和凝聚态物理学研究的国际前沿课题。通过自旋霍尔效应产生自旋流是一种较为理想的方式,它驱动的自旋流具有下面的优点(1)低耗散的；(2)没有伴随的电荷流;(3)不需要自旋注入就能在非磁性材料中产生。本项目发展了一套研究自旋霍尔效应的第一性原理计算程序，利用它计算了半导体和简单金属的自旋霍尔电导率，发现内禀自旋霍尔电导率具有丰富的符号变化，这一点和外在自旋霍尔效应有着本质上的不同，这个属性有可能被用于分辨自旋霍尔效应的内禀和外在机制。我们还首次预言了简单金属钨和金具有较大的自旋霍尔效应且符号相反，同时发现强散射并不会抑制这两种金属中的自旋霍尔效应，也就是说在强散射情形下自旋霍尔电导率仍然具有较大的数值，这使得金属特别是重金属有可能是一种潜在的可应用于自旋电子学器件中的材料。进一步深入地研究了许多半导体材料中的自旋霍尔效应和轨道霍尔效应，发现由于材料中轨道淬灭效应两者并不能相互抵消，解决了以前理论中的分歧。同时我们还发现利用应变可以操控自旋霍尔效应的强度，并预言了在半导体中存在交流的自旋霍尔效应。