第一性原理计算揭示的本征费米面导致的复杂磁场、温度和角度依赖的霍尔效应

霍尔效应自发现以来一直引人入胜，随着拓扑学和新型材料的发展，对其现象的探索也日益深入。区分普通霍尔效应与诸如反常霍尔效应（AHE）等非凡特性具有挑战性，尤其是在具有拓扑起源的材料中。在我们的研究中，我们利用半经典玻尔兹曼输运理论和弛豫时间近似下的第一性原理计算来全面分析霍尔效应。我们发现，无论是对于多带模型还是对于ZrSiS和PtTe2等真实拓扑材料，我们的方法都能理解和重现普通霍尔效应复杂的磁场依赖性，包括符号反转、平台的出现和非线性。霍尔电阻率对温度和磁场的依赖性可以很好地标度，类似于纵向电阻率的科勒定律。该方法还能精确模拟角度依赖的霍尔效应，例如铋的平面霍尔效应。这些发现表明，各种霍尔效应和磁阻对磁场的依赖性主要由费米面的细节和弛豫时间决定。本征费米面决定了载流子的密度、类型和速度，而后者主要受外在因素影响，例如含有缺陷、杂质和畴的样品质量。这一见解可能简化对非磁性材料中几种看似复杂的输运现象的理解，无需假设其他复杂机制，如磁化诱导的AHE、Lifshitz相变引起的载流子类型变化、电荷密度波等奇异有序相，或某些具有手性或非互易依赖性的载流子精细散射。最后，我们还讨论了由贝里曲率贡献的霍尔效应。