离子导体中的拓扑、氧化态与电荷输运

基于 Thouless 绝热电荷输运拓扑理论与新引入的输运系数规范不变性原理相结合的最新理论进展，已能够将 Faraday 的离子输运图像——其中每个原子携带明确整数电荷——与电子电荷密度分布的严格量子描述（其几乎不支持划分为明确的原子贡献）联系起来（并调和）。本文综述这些进展，特别是通过放宽某些一般拓扑条件，电荷可在离子导体中无需任何净离子位移即可输运。在报告证实这些发现的数值实验后，我们引入拓扑图像与著名的 Marcus-Hush 电子转移理论之间的新联系，并能够将其与原子轨迹所绘制的绝热路径拓扑相关联。作为一个重要副产品，本文综述的结果允许根据导电材料电子结构的拓扑性质对离子输运的不同 regime 进行分类。我们最后报告了在能源材料与行星科学中的若干近期应用。