学术预告 | 中子科学与技术中心学术报告第55期：从第一性原理出发定量计算真实材料磁电阻与霍尔效应

主办单位：

  物理学院中子科学与技术中心

  广东省磁电物性分析与器件重点实验室

本报告将介绍一种第一性原理计算结合半经典玻尔兹曼输运理论用以定量计算真实材料的磁阻和Hall效应。将讨论拓扑平凡与拓扑材料中磁输运现象的不饱和磁阻效应，揭示了载流子补偿、开放轨道机制及费米面拓扑的关键作用。研究表明，理论预测与典型金属、半金属及外尔半金属的低温实验结果高度一致，同时发现科勒定律适用于霍尔电阻率，阐明了普通霍尔效应与异常霍尔效应的比例关系和内在规律。针对窄隙半导体的异常电阻峰值及霍尔电阻率符号反转，我们提出了一种基于多载流子动力学和费米面几何的统一解释。引入的新方法成功解释了磁性材料中复杂的磁阻和霍尔效应行为，与实验高度吻合，突显了费米面形状和平均散射时间对输运性质的决定性作用。同时我们还将介绍磁场下的rho-T曲线的奇异行为的新解释。我们的研究为理解磁输运现象提供了新理论框架，并为材料分类和特性表征开辟了新的路径。

References：

1. Magnetoresistance from Fermi surface topology, SN Zhang, QS Wu*, Y Liu, OV Yazyev*, Physical Review B 99, 035142 (2019).

2. Complex field-, temperature-, and angle-dependent Hall effects from intrinsic Fermi surface revealed by first-principles calculations, SN Zhang, Z Liu, H Pi, Z Fang, H Weng*, QS Wu*, Physical Review B 110, 205132 (2024)

3. Combined first-principles and Boltzmann transport theory methodology for studying

 magnetotransport in magnetic materials, Z Liu, S Zhang, Z Fang, H Weng*, Q Wu*, Physical Review Research 6, 043185 (2024)

4. First principles methodology for studying magnetotransport in narrow gap semiconductors with ZrTe5 example, Hanqi Pi, Shengnan Zhang*, Yang Xu, Zhong Fang, Hongming Weng* and Quansheng Wu*, npj Computational Materials 10, 276 (2024)

5. The inadequacy of the ρ-T curve for phase transitions in the presence of magnetic fields, Shengnan Zhang, Zhong Fang, Hongming Weng, Quansheng Wu*, The Innovation 6, 100837 (2025)

6. WannierTools, https://www.wanniertools.org/

吴泉生，中科院物理所HM-T03组特聘研究员。他于2013年获得中科院物理所博士学位，2015-2021年期间先后在苏黎世联邦理工学院（ETHZ）和洛桑联邦理工学院（EPFL）进行博士后研究，2021年年底获得海外国家人才计划加入物理所。他的主要研究领域是拓扑材料及其输运性质和机器学习在凝聚态中的应用。他在Science、Nature、PRL等重要杂志上发表了多篇文章，Google引用12000余次，H因子34。由他主导开发的WannierTools软件成为拓扑材料领域的重要工具，软件引用超过2300次。