输运系数理论与计算中的不变性原理

在本工作中，我们详细阐述了最近发现的两条不变性原理：据此，输运系数在很大程度上独立于所输运守恒量（能量、动量、质量、电荷）的密度与电流的微观定义。第一条原理为规范不变性（gauge invariance），它允许人们从密度泛函理论定义量子绝热能量流，并由此唯一地定义热量导率并利用平衡态第一性原理分子动力学进行计算。当与原子氧化态的新颖拓扑定义结合时，规范不变性也为离子导体中电荷输运的机制提供了新见解。第二条原理为对流不变性（convective invariance），它使得分析可推广至多组分系统。这些不变性原理可与针对电流时间序列的新谱分析方法相结合，代入 Green-Kubo 公式，从而由相对较短的分子动力学模拟获得输运系数的精确估计。