基于第一性原理格林-久保理论的绝缘体热输运

热输运的格林-久保理论长期被认为与现代基于电子结构理论的模拟方法不相容，因其基于能量密度与电流等概念，而这些概念在量子力学层面定义不清。此外，经典模拟的经验表明，热输运系数的估计需分析比第一性原理分子动力学可行时长高一阶以上的分子轨迹。本文报道近期克服这两大障碍的理论进展。首先，确立了一般规范不变性原理，指出热导率对其导出所用的能量密度与电流微观表达式的诸多细节不敏感，从而可从密度泛函理论建立能量通量的严格表达式，并据此实际计算导率。其次，提出了一种基于时间序列统计理论的新数据分析方法，可大幅减少达到目标计算精度所需的模拟时间。这些概念从格林-久保线性响应与输运理论的导引性介绍出发予以详细阐述，并通过经典与量子力学模拟方法的若干应用加以演示。