MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)Caltech16750
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a530
■1001  ▼aDesai,  Dhruv  Chimanbhai.
■24510▼aFirst-Principles  Calculations  of  Magnetotransport  and  Electron-Phonon  Interactions  in  Semiconductors  and  Topological  Materials
■260    ▼a[Sl]▼bCalifornia  Institute  of  Technology▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a117  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  87-01,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Bernardi,  Marco.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--California  Institute  of  Technology,  2025.
■520    ▼aUnderstanding  and  predicting  electron  transport  in  novel  materials  is  crucial  to  develop  practical  applications  and  accelerate  materials  discovery.  Electron-phonon  (e-ph)  interactions  are  a  key  source  of  electron  scattering  and  therefore  play  a  dominant  role  in  limiting  electron  transport  under  applied  external  fields.  These  interactions  and  the  resulting  phonon-limited  charge  transport  can  be  calculated  very  accurately  usingab-initiomethods  based  on  the  semiclassical  Boltzmann  transport  equation  (BTE),  where  electron  and  phonon  properties  are  obtained  using  density  functional  theory  (DFT)  and  density  functional  perturbation  theory  (DFPT)  techniques.  Despite  these  advances,  first-principles  calculations  of  magnetotransport  are  still  in  their  infancy,  primarily  due  to  technical  challenges  associated  with  solving  the  BTE  in  the  presence  of  a  magnetic  field.  Additionally,  calculations  of  electrical  charge  transport  and  magnetotransport  in  topological  materials  are  lacking  because  of  various  technical  challenges,  including  computational  cost  and  the  absence  of  a  unified  formalism  combining  electron  scattering  and  band  topology  in  the  BTE.  In  this  work,  we  develop  a  framework  that  incorporates  these  effects  into  the  BTE  to  compute  charge  transport,  magnetotransport  and  topological  transport  regimes  in  several  classes  of  conventional  and  quantum  materials.  Our  magnetotransport  calculations  achieve  excellent  agreement  with  experiments,  and  we  uncover  an  interplay  of  strong  e-ph  interactions  and  magnetic  fields  in  graphene  through  a  microsopic  analysis  of  steady-state  electron  distributions.  As  a  first  step  toward  including  band  topology,  we  compute  e-ph  interactions  and  charge  transport  in  the  Dirac  semimetal  Na₃Bi  and  find  that  specific  two-dimensional  phonons  control  charge  transport  near  room  temperature.  These  lattice  vibrations  induce  a  dynamic  phase  transition  to  a  Weyl  semimetal,  providing  a  platform  for  ultrafast  control  of  dynamical  phases  in  Na₃Bi.  Expanding  into  more  advanced  phenomena,  we  incorporate  the  electron  Berry  curvature  in  the  BTE  formalism  and  study  topological  transport  effects  such  as  the  chiral  anomaly  and  nonlinear  Hall  effect  (NLHE).  Our  calculations  provide  an  accurate  quantitative  framework  and  demonstrate  the  importance  of  e-ph  interactions  in  accurately  describing  topological  transport  in  quantum  materials.  Lastly,  we  compute  e-ph  interactions  in  a  novel  correlated  metal,  RuO₂  which  has  been  widely  studied  for  its  unconventional  magnetism.  We  uncover  various  interesting  properties  such  as  phonon  softening,  strong  e-ph  band  renormalization  and  a  high  superconducting  Tcupon  application  of  strain  in  RuO₂.  Finally,  we  show  a  method  to  significantly  accelerate  all  these  calculations  by  compressing  the  matrices  representing  e-ph  interactions.  In  summary,  this  work  expands  the  scope  of  first-principles  transport  calculations  to  include  magnetic  fields  and  band  topology.  This  enables  future  studies  of  electron  dynamics  in  broad  classes  of  novel  quantum  materials.
■590    ▼aSchool  code:  0037.
■650  4▼aPhysics
■650  4▼aElectrons
■650  4▼aSuperconductivity
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■650  4▼aFourier  transforms
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■650  4▼aEigenvectors
■690    ▼a0605
■71020▼aCalifornia  Institute  of  Technology▼bEngineering  and  Applied  Science.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g87-01B.
■790    ▼a0037
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17358162▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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