一般三维金属的轴反常与纵向磁电阻

我们表明，在平行电场($E$)和磁场($B$)存在下，轴反常的出现是一般三维金属的普遍现象。与磁输运经典理论的预期相反，这种本质上的量子力学现象会导致任何三维金属出现纵向磁电阻。然而，轴反常的出现并不能保证负纵向磁电阻的存在。我们通过使用玻尔兹曼方程在量子极限下对短程中性杂质和长程离子杂质散射过程明确计算纵向磁电导率，证明了这一点。我们证明，离子散射在量子极限下贡献一个大的正磁电导率 $\propto B^2$，这可导致任何三维或准二维金属出现强负磁电阻。相比之下，有限程中性杂质和零程点杂质可根据底层能带结构导致正或负纵向磁电阻。在同时存在中性和离子杂质时，一般金属在量子极限下的纵向磁电阻初始变为负，并在经过一个极小值后最终变为正。我们详细讨论了我们的理论与最近在Weyl半金属TaAs和TaP、Dirac半金属Na$_3$Bi、Bi$_{1-x}$Sb$_x$和ZrTe$_5$，以及不具有任何体三维Dirac或Weyl准粒子的准二维金属PdCoO$_2$、$\alpha$-(BEDT-TTF)$_2$I$_3$中观察到的负纵向磁电阻之间的定性一致。