Mapping current fluctuations of stochastic pumps to nonequilibrium steady states
我们发现，在一个随机泵的电流波动可以鲁棒地映射到相应的时间无关的非平衡稳态的波动。因此，我们完善了最近提出的映射，使它不仅确保等价的平均值，但也最佳的电流和密度的波动表示。我们的映射导致的熵产生的随机泵类似的“管家”热的自然分解。作为熵产生分解的结果，弱扰动随机泵中的电流波动满足由稳态熵产生确定的普适界。
2016-10-24 cond-mat.stat-mech
Pumping single-file colloids: Absence of current reversal
本文研究了胶体粒子在行波势场中通过短程排斥相互作用的单列运动。在合适的驱动条件下，产生了定向的时间平均的胶体流。我们使用微扰的方法来解决福克-普朗克方程的模型得到解析结果。预测结果与数值模拟结果吻合较好。我们发现峰值的时间平均定向电流作为驱动频率，波长和粒子密度的函数，并讨论可能的实验实现。令人惊讶的是，与晶格上密切相关的排斥动力学不同，本模型中的定向电流不显示电流随密度的反转。还提出了一个线性响应公式的电流响应平衡相关性。
2015-06-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Reversible stochastic pump currents in interacting nanoscale conductors
我认为，几何相位，负责可逆泵电流在经典的随机动力学，可以观察到实验与电子设置，类似于最近报道的[物理评论快报。96，076605（2006）]和[Nature Physics 3，243 - 247（2007）]。
2007-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
The unified geometric theory of mesoscopic stochastic pumps and reversible ratchets
本文建立了介观随机动力学几何效应的统一理论。我们表明，绝热泵和可逆棘轮效应，以及类似的新现象在其他领域，如在流行病学，都遵循几何相位贡献的有效行动的随机路径积分表示的时刻生成函数。该理论为在任意介观随机框架下识别、预测和计算类泵现象提供了通用技术。
2007-12-06 cond-mat.stat-mech q-bio.QM
Stochastic pumping of heat: Approaching the Carnot efficiency
随机噪声可以在没有温度梯度的情况下（或逆着温度梯度）在不对称的纳米物体上产生单向热流。我们提出了一个极小模型的分子级随机热泵，可以任意接近卡诺效率。该模型由一个波动的分子单元耦合到两个固体，其特征在于不同的声子光谱特性。热泵持续广泛的系统和浴参数。此外，通过过滤库的声子，泵浦效率可以接近卡诺极限。
2008-11-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Stochastic pump of interacting particles
我们考虑布朗粒子的过阻尼运动，通过粒子排斥相互作用，在一个随时间和空间变化的外部潜力。我们表明，周期性的潜力，保持特定的位置依赖的相位关系产生时间平均的粒子定向电流。我们得到的晶格版本的模型，使用最近开发的微扰方法的分析结果。许多有趣的功能，如粒子-空穴对称性，电流反转与密度的变化，和系统的大小依赖性的电流。我们提出了可能的实验来测试我们的预测。
2010-12-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Exactly Solved Stochastic Directed Self-Organized Critical Models
正如一位读者指出的那样，由于其中一个关键结果重复了现有的工作，因此作者撤回了这篇论文。我现在正在修改手稿。
2000-11-26 cond-mat.stat-mech
Mimicking Nonequilibrium Steady States with Stochastic Pumps
我们建立了两个非常普遍的范式之间的对应关系，系统坚持远离热平衡。在第一种范式中，通过施加破坏细致平衡的固定热力学力来维持非平衡稳态（NESS）。在第二种范式中，称为随机泵（SP），时间周期状态由系统外部参数的周期性变化来维持。在这两种情况下，电流产生，熵产生。我们将自己限制在离散状态系统中，在这些场景之间建立映射。给定一个NESS的特点是一组特定的平稳概率，电流和熵产生率，我们展示了如何构建一个SP完全相同（时间平均）的值。映射也在相反的方向上起作用。这些结果建立了两个范例之间的等价性，通过显示随机泵能够模仿非平衡稳态的行为，反之亦然。
2015-09-21 cond-mat.stat-mech
Stochastic pump effect and geometric phases in dissipative and stochastic systems
贝里相在量子力学中的成功刺激了对物理学其他领域中类似现象的研究，包括活细胞运动和非线性介质中模式运动的理论。最近，几何相位已被应用到系统中运行在一个强随机的环境，如分子马达。我们讨论这样的几何效应在纯经典耗散随机系统和它们的作用的随机泵效应（SPE）的理论。
2009-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
Stochastic thermodynamics of hidden pumps
我们发现，一个可逆的泵机制之间的两个状态的动力学网络可以引起这两个状态之间的泊松转换。一个外部观察者，对他们来说泵机制是不可访问的，将观察到一个马尔可夫链满足本地细致平衡与一个新兴的有效力引起的隐藏泵。由于泵的可逆性，实际的熵产生结果是低于粗粒度的熵产生估计的流量和由此产生的马尔可夫链的亲和力。此外，在快速泵浦动力学和慢速网络动力学之间存在大的时间尺度分离的情况下，可以产生具有零耗散的有限电流。我们利用这些一般性的结果，建立一个合成酶的动力学计划，能够可逆地产生高自由能分子在有限的速率和旋转电机实现100\%的效率在有限的速度。
2015-05-05 cond-mat.stat-mech
Universality classes in directed sandpile models
我们进行大规模的数值模拟的两个状态的随机沙堆模型的有向版本。数值结果表明，该随机模型定义了一个新的关于阿贝尔有向沙堆的普适类。不同的临界行为的物理起源归因于随机模型中的多个倾倒的存在。这些结果提供了新的见解长期争论的问题，在阿贝尔和随机沙堆的普遍性。
1999-07-21 cond-mat.stat-mech
Shortcuts to Adiabatic Pumping in Classical Stochastic Systems
绝热泵浦的特征在于对泵浦电荷的几何贡献，其即使在没有偏压的情况下也可以是非零的。然而，随着驱动速度的增加，非绝热激励逐渐减少泵浦电荷，从而限制了最大可应用的驱动频率。为了规避这个问题，我们在这里扩展的概念，绝热性的捷径，以构建一个控制协议，使几何泵浦以及超越绝热制度。我们的协议允许增加，超过一个数量级，在驱动频率，该方法也是强大的控制领域的适度波动。我们提供了一个几何解释的控制协议，并分析实现它的热力学成本。我们的研究结果可以实现使用当前的技术，并有可能使快速泵送的电荷或热量的量子点，以及在其他随机系统的物理，化学和生物学。
2020-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Exact solution of stochastic directed sandpile model
引入并解析求解了具有随机倾倒规则的有向沙堆模型。该模型显然属于一个不同的普适性类，从它的对应物与确定性倾倒规则，以前解决了Dhar和Ramaswamy。临界指数为D_||在二维情况下，τ =7/4，τ=10/7，||=3/2，τ=4/3。该模型的上临界维数为3，在该维数处，除对数修正外，指数达到其平均场值D_（？）||=2，τ=3/2。
2000-06-02 cond-mat.stat-mech
Directed update for the Stochastic Green Function algorithm
在最近的出版物（Phys. Rev E 77，056705（2008））中，我们已经提出了随机格林函数（SGF）算法，其具有通用且易于应用于形式H=V-T的任何晶格哈密顿量的性质，其中V在所选择的占据数基中是对角的，并且T仅具有正矩阵元素。我们在这里提出了一个修改版本的更新计划，保持了简单性和通用性的原始SGF算法，并显着提高其效率。
2008-10-30 cond-mat.stat-mech
Generalized speed limits for classical stochastic systems and their applications to relaxation, annealing, and pumping processes
本文推广了量子系统中由不同生成元演化的两个态之间距离的速度极限[K。Suzuki和K. Takahashi，Phys.Rev.Res.2，032016（R）（2020）]到由主方程描述的经典随机过程。我们证明了任意演化状态之间的迹距离是有界的从上面使用的几何度量。几何约束减少到Fisher信息度量之间的时间演化状态和初始状态的距离。我们比较了在松弛和退火过程中的约束与已知的非平衡热力学系统的不同类型的约束。对于退火和抽运过程等动力学过程，时间演化态和瞬时定态之间的距离是一个合适的选择，定态的Fisher信息度量表示其上界.度规与从定态的时间依赖性定义的反绝热项有关。
2023-03-29 cond-mat.stat-mech
General no-go condition for stochastic pumping
化学动力学的控制需要了解化学机械分子构型状态之间的时间依赖性跃迁速率的影响。泵浦是指通过连续状态的循环生成净电流，例如，在时间依赖性中的每个周期。人工机器或合成分子马达的工作依赖于它。在本文中，我们给出了简短而简单的证明不去定理，其中一些出现之前，但在这里与非马尔可夫动力学，包括扩散极限的研究的必要扩展。它允许排除化学发动机工作中的某些协议，其中只有能量阱的深度随时间变化，而不是状态对之间的势垒高度。我们还展示了当这种时间依赖性打开时，预先存在的稳态电流通常如何用乘法因子进行修改。
2010-06-01 cond-mat.stat-mech
Detectability of Macroscopic Structures in Directed Asymmetric Stochastic Block Model
我们研究了网络中宏观结构的识别问题，描述了引入链接方向对可检测性相变的影响。为此，在随机块模型的基础上，我们构造了一类难以检测的有向网络。我们通过使用置信传播方法找到了封闭形式的解，展示了过渡线如何取决于网络的同配性和不对称性。最后，我们用数值方法确定了一个硬相的存在，用于检测接近过渡点。
2019-02-24 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Self-organised criticality in stochastic sandpiles: Connection to directed percolation
我们引入了一个随机沙堆模型，其中有限的驱动和耗散耦合到活动场。这里的吸收相变，正如预期的那样，属于定向渗流（DP）普适类。我们专注于小的驱动器和耗散限制，即所谓的自组织临界（SOC）制度，并表明该系统表现出从普通DP缩放到耗散控制缩放的交叉，这是独立的基本动力学或空间维度。新的缩放制度继续所有的方式，以零批量驱动器的限制，这表明相应的SOC的行为只有DP，由耗散控制的缩放修改。我们证明了这一点的连续和离散的曼纳模型驱动的噪声和体积耗散。
2015-05-19 cond-mat.stat-mech
Bacterial range expansions on a growing front: Roughness, Fixation, and Directed Percolation
定向逾渗（DP）是一个经典的非平衡相变模型，它描述了一个单一的吸收态（固定态）.它已被广泛研究的分析和数值技术在不同的情况下。最近，DP已出现作为一个通用的竞争细菌种群的进化/生态动力学模型。范围扩展-细菌竞争空间的随机繁殖被他们的后代占据-导致波动和粗糙的生长前沿，这是已知的从实验和模拟影响DP过渡的基本关键行为。在这项工作中，我们采用对称性参数来构建一对非线性随机偏微分方程描述的表面粗糙度的共同演变与DP的组成字段。宏观表现（现象），这些方程的增长模式和谱系轨道的范围扩大进行了讨论，然后由重整化群分析可能的标度行为在DP过渡。
2019-04-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Singular optimal driving cycles of stochastic pumps
优化过程的研究在热力学领域有着悠久的历史。众所周知，使耗散最小化的有限时间过程常常表现出不连续性。我们使用的数值和分析方法相结合，研究驱动周期，最大限度地提高输出在一个简单的模型的随机泵：一个系统驱动的外部参数的周期性变化的平衡。我们发现，这个最佳的解决方案是奇异的，与一个无限的参数集之间的切换率。这种奇异的解决方案在热力学过程中的外观是令人惊讶的，但我们认为，这样的解决方案预计是相当常见的模型，其动态表现出指数松弛，只要驱动期间是不是外部固定的，并允许任意短。我们的研究结果对以循环方式驱动的人造分子马达具有启示意义。
2022-05-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Stochastic energetics of a Brownian motor and refrigerator driven by non-uniform temperature
通过对朗之万惯性方程的数值模拟，研究了由位置相关温度驱动的布朗型热机和热泵（称为Büttiker-Landauer热机和热泵）的热力学.我们确定的最佳性能的热机和热泵的参数值。我们的研究结果定性地不同于基于过阻尼模型的方法。在有限时间条件下考察了热机和热泵在线性响应区的行为，发现其效率低于相同条件下工作的内可逆热机的效率。最后，我们研究了不同的电位和温度分布的作用，以提高系统的效率。我们的模拟结果表明，优化的潜力和温度分布只会导致系统性能的边际增强，由于通过布朗粒子的动能的大熵产生。
2014-06-02 cond-mat.stat-mech
White noise flashing Brownian pump
研究了由随机闪烁棘轮机制驱动的粒子布朗泵。泵送装置嵌入在有限区域中，并由颗粒储存器限定。在稳定状态下，我们精确地计算了空间密度分布，两个水库之间的浓度比和粒子通量。一个简单的数值方案，允许所有这些可观察到的量的一致评价。
2007-09-06 cond-mat.stat-mech
Survey of roughness by stochastic oscillations
本文研究了随机介质中表面粗糙度与定向聚合物之间的关系。这是通过研究一个随机弹性强迫项$-κy+η(s)$，沿粗糙表面移动的颗粒的影响。两个模型，提出并分析了这种方式：随机游走过程（RW）在其离散和连续的形式，并通过奥恩斯坦-乌伦贝克（O-U）过程的马尔可夫过程。结果表明，连续RW导致一个振子方程，通过一个有效的行动服从KPZ方程，这是解析求解。O-U工艺允许获得关于长尺寸基板的表面轮廓的信息。与粗糙度的类比是通过引入一个适合于有向线形式的量来实现的：高度速度变化$\partial h/\partial s$。
2007-01-02 cond-mat.stat-mech
Space-time correlations in the 1D Directed Stochastic Sandpile model
CNRS（法国国家科学研究中心）
本文研究了一维定向随机沙堆模型中粒子填充与暴发的时空相关性，推导出递推关系并发现密度正相关而暴发反相关，揭示了稳态下静态与动态可观测量的权衡。
2025-12-11 cond-mat.stat-mech
Emergence of Lévy walks from second order stochastic optimization
在自然觅食中，许多生物似乎执行两种不同类型的运动搜索：定向搜索（出租车）和随机搜索。当环境提供线索以引导朝向目标的运动时，观察到前者。后者不涉及明显的记忆或信息处理，可以通过随机游走进行数学建模。我们表明，这两种类型的搜索可以产生一个共同的机制，其中Lévy航班或Lévy步行出现从二阶梯度为基础的搜索与噪声观测。不需要明确的切换机制-相反，定向和随机运动之间的连续过渡取决于成本函数的Hessian矩阵。在大范围的情景中，Lévy尾指数为$α=1$，与以前在觅食生物中的观察结果一致。这些结果表明，采用二阶优化方法可以是一个有用的策略，结合有向搜索和随机搜索的有效功能。
2017-11-10 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.bio-ph
Directed abelian algebras and their applications to stochastic models
对于每个有向无环图（这包括一些D维格），可以关联一些阿贝尔代数，我们称之为有向阿贝尔代数（DAA）。在每个网站的图之一重视一个发电机的代数。这些代数依赖于几个参数，并且是半单的。使用任何DAA一个可以定义一个家庭的哈密顿给出连续时间演化的随机过程。光谱和基态波函数（定态概率分布）的计算是一个简单的代数运算。如果考虑D维格，并选择生成元中的线性哈密顿量，则在有限尺寸标度下，哈密顿谱是无间隙的，具有临界动力学指数$z = D$。DAA的一个可能的应用是沙堆模型。在本文中，我们提出了这种应用考虑一维和二维晶格。在一维情况下，当DAA保持粒子数时，雪崩属于随机行走普适类（临界指数$σ_τ = 3/2$）。我们研究了大雪崩内部粒子的局部密度，表明雪崩源处粒子耗尽，雪崩结束时粒子富集。在二维空间中，我们做了大量的蒙特卡罗模拟，发现了$σ_τ = 1.782 \pm 0.005$。
2008-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Phase Transitions in Brownian Pumps
我们研究了两个水库之间的随机粒子输运沿一个通道，其中的粒子被泵对偏置的行波潜力。它表明，周期平均密度或电流的相变发生在通道内的粒子之间的排斥相互作用时，考虑。这些转变反映了那些已知的不对称简单排斥过程（ASEP）。我们认为，它们的发生是一个通用的功能布朗电机在开放系统中运行。
2014-02-02 cond-mat.stat-mech
Current and fluctuation in a two-state stochastic system under non-adiabatic periodic perturbation
计算了两态随机系统在周期扰动下的电流及其涨落。该系统可以解释为细胞表面的通道或单个Michaelis-Menten催化酶。结果表明，周期性扰动会产生所谓的泵浦电流，并借助于几何相位解释计算了泵浦电流及其涨落。我们给出了一个简单的计算配方的统计电流，特别是在非绝热的情况下。计算方案是基于非绝热几何相位解释。利用Floquet理论计算了总电流及其涨落，发现电流的平均值具有类似随机共振的行为。相比之下，电流的波动不显示这种行为。
2008-10-23 cond-mat.stat-mech
Directed Fixed Energy Sandpile Model
我们数值研究了固定能量沙堆的有向版本。在封闭正方形格子上，研究了固定密度沙粒的动力学演化。系统的活度在临界密度附近表现出连续的相变。而确定性的版本有一组非平凡的指数，随机模型的特点是平均场的指数。
2004-04-22 cond-mat.stat-mech
Stochastic dynamics of model proteins on a directed graph
描述了一种用于重建简单多肽链的能量景观的方法。我们表明，我们可以通过一个合适的有向图构建一个等价的表示的能量景观。它的拓扑和动力学特征示出产生一个有效的估计与折叠和平衡过程的时间尺度。这一结论是通过比较恒温下的分子动力学模拟与图上由温度依赖的马尔可夫过程定义的动力学得出的。图表示的主要优点是，它的动态可以通过将节点收集到“集线器”中来自然地重新规范化，同时重新定义它们的连接性。我们表明，拓扑和动力学性质的重整化过程中保留。此外，我们得到明确的迹象表明，杂聚物表现出共同的拓扑性质，在差异与均聚物，其独特的图形结构源于其空间均匀性。为了在杂聚物中获得“快折叠”和“慢折叠”之间的明确区别，必须查看有向图的动力学特征。我们发现，快速文件夹达到其原生配置所需的平均时间比其平衡时间小两个数量级，而对于坏文件夹，这些时间尺度是可比的。因此，我们可以得出结论，本文所述的策略也可以成功地应用到更现实的模型，通过研究他们的重整化动力学的有向图，而不是进行冗长的分子动力学模拟。
2008-11-19 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Pumping Heat with Quantum Ratchets
我们描述了量子电子棘轮如何作为热泵。通常，棘轮可以被描述为非平衡系统，其中使用空间或时间不对称性产生定向粒子运动。在摇摆棘轮（也可以描述为非线性整流器）中，不对称电位对称且周期性地倾斜。在每个半周期中，电势的变形不同，当在整个摇摆周期内平均时，产生净粒子流。最近，人们发现，在量子制度，隧道有助于运输，净电流可能会改变与温度的迹象。在这里，我们表明，实验隧道棘轮的Landauer模型[Linke et.例如，Science 286，2314（1999）]预言了即使当净粒子流通过零时也存在净热流。我们量化这种热流，并定义一个系数的性能作为热泵的棘轮，发现更多的热量是沉积在每个两个电子水库由于摇摆的过程比从一个水库泵到另一个由棘轮。
2001-04-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Signal amplification in a nanomechanical Duffing resonator via stochastic resonance
实验研究了非线性纳米机械谐振器中的随机共振现象。该器件由一个PdAu双钳位梁作为一个纳米机械谐振器激励的相邻的栅电极的电容和它的振动进行光学检测。在两个亚稳态之间的跃迁速率相等的点附近，通过强泵浦将谐振腔调谐到其双稳区。泵是幅度调制的，诱导状态之间的激活势垒的调制。当噪声被添加到激励时，谐振器的位移表现出噪声相关的放大。我们测量了谐振器的时域和频域响应，频谱放大率和跳跃时间的统计分布。
2006-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Directed motion of Brownian particles with internal energy depot
本文讨论了一种布朗粒子模型，它具有从环境中吸收能量，将能量储存在一个内部仓库中，并将内能转化为运动的动能的能力。第二节中概述的一般动力学研究了确定性和随机粒子在无涨落棘轮势中的运动。首先，我们通过计算机模拟讨论了棘轮系统的吸引子结构。依赖于能量的供应，我们发现无论是周期性的约束吸引子对应于本地化的振荡，或一个/两个未绑定的吸引子对应于棘轮势中的定向运动。考虑到粒子系综，我们表明，在确定性的情况下，两个电流到不同的方向可以发生，但这取决于超临界能源供应。考虑到随机影响，我们发现电流只在一个方向上。我们进一步研究了电流反转如何依赖于随机力的强度和势的不对称性。我们找到了一个临界值的噪声强度的电流的发病和一个最佳值，其中净电流达到最大值。最后，我们的模型的动力学进行比较与其他棘轮模型先前建议。
1999-12-17 cond-mat.stat-mech
Renormalized field theory of collapsing directed randomly branched polymers
我们提出了一个动力学场论的定向随机支化聚合物，特别是他们的崩溃过渡。我们开发了一个唯象模型的形式，一个随机响应功能，使我们能够解决几个有趣的问题，如膨胀相和崩溃过渡的缩放行为。对于膨胀相，我们发现，通过选择适当的模型参数，我们的随机泛函减少到一个描述的弛豫动力学附近的杨-李奇异边缘。这证实了溶胀支化聚合物的标度行为受杨-李普适类的控制，这是很久以前就知道的。我们的论文的主要焦点在于定向支化聚合物的塌缩转变。我们证明了任意阶的重正化微扰理论与$\varepsilon$ -展开，这种过渡属于相同的普适类定向渗流。
2009-10-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech hep-th
Lifted directed-worm algorithm
在马尔可夫链蒙特卡罗方法中，不可逆马尔可夫链的性能优于可逆马尔可夫链。提升是在状态空间中引入净随机流并构造不可逆马尔可夫链的通用方法。我们在这里提出了一个应用程序的提升技术的有向蠕虫算法。利用几何分配方法优化蠕虫更新的转移概率，使蠕虫后向散射概率最小，破坏细致平衡的随机流最大.我们证明了性能的改善，以前的蠕虫和集群算法的四维超立方格伊辛模型。该算法的采样效率分别约为标准蠕虫算法、Wolff聚类算法和提升蠕虫算法的80、5和1.7倍。我们估计超立方晶格伊辛模型的动态临界指数为$z \approx 0$在蠕虫和沃尔夫集群更新。有向蠕虫算法的提升版本可以应用于各种量子系统以及经典系统。
2022-11-10 cond-mat.stat-mech hep-lat
Stochastic Thermodynamics of Micromagnetics with Spin Torque
本文将随机 Landau-Lifshitz 方程推广至含自旋流力矩情形，建立功、热与熵泵浦的随机热力学，证明第二定律并导出泵浦熵与总功的涨落定理。
2024-08-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
General Relativistic Fluctuation Theorems
本文基于广义相对论随机力学与随机热力学的协变框架，通过将时间反演变换描述为未来指向与过去指向观察者视角间的变换，证明了弯曲时空中的细致与积分涨落定理，并在构造中保持了广义协变性。
2024-12-23 cond-mat.stat-mech gr-qc
