镍中的本征反常霍尔效应：一项GGA+U研究

基于广义梯度近似(GGA)加在位库仑相互作用(GGA+U)方案，计算了镍的电子结构和本征反常霍尔电导率。结果发现，使用$U = 1.9$ eV和$J=1.2$ eV的GGA+U计算得到的本征反常霍尔电导率($\sigma_{xy}^H$)与最近在低温下测量的结果几乎完美吻合，而相比之下，GGA计算得到的$\sigma_{xy}^H$比测量值大约100%。这表明，对于3$d$巡游磁体中的其他自旋轨道相互作用(SOI)诱导现象，如轨道磁化强度和磁晶各向异性，即使是在位电子-电子关联仅中等强度，也必须适当考虑才能获得正确的反常霍尔电导率。还计算了本征$\sigma_{xy}^H$和价电子数($N_e$)作为费米能($E_F$)的函数。预测在$E_F = -0.38$ eV ($N_e = 9.57$)处发生符号变化，这定性地解释了为什么Fe和Co的理论和实验$\sigma_{xy}^H$值为正。还预测，fcc Ni$_{(1-x)}$Co(Fe,Cu)$_x$合金（其中$x$很小）也将具有负的$\sigma_{xy}^H$，其幅度在$500\sim 1400$ $\Omega^{-1}$cm$^{-1}$范围内。包含在位库仑相互作用最显著的效果是，所有$d$主导能带相对于$E_F$降低了约0.3 eV，因此，小的少数自旋X$_2$空穴口袋消失了。GGA计算中存在小的X$_2$空穴口袋被认为是导致$\sigma_{xy}^H$理论与实验之间巨大差异的原因。