Stochastic Efficiency for Effusion as a Thermal Engine
在随机热力学的框架下，研究了泻流作为热机的随机效率。在有限时间和大偏差的渐近制度的效率的概率分布得到明确的结果。Verley等人推导出的通用特征，Nature Communications 5，4721（2014）中所描述的。泻流发动机是一个很好的候选人，这些预测的数值和实验验证。
2014-11-13 cond-mat.stat-mech
Efficiency at maximum power and efficiency fluctuations in a linear Brownian heat engine model
研究了两粒子Langevin系统的随机热力学。每个颗粒分别与不同温度$T_1$和$T_2~(<T_1)$下的热浴接触。粒子被一个谐振势捕获，并被一个线性外力驱动。该系统可以作为一个自主的热机执行工作的外部驱动力。系统的线性使我们能够分析地检查发动机的热力学性质。我们发现发动机在最大功率$η_{MP}$时的效率由$η_{MP} = 1-\sqrt{T_2/T_1}$给出。这种普遍形式被认为是内可逆热机的一个特征。我们的结果将$η_{MP}$的普遍行为推广到非内可逆热机。在过阻尼极限下，我们还得到了随机效率概率分布的大偏差函数。当$η\leq η_L$和$η\geq η_R$具有模型相关参数$η_{R,L}$时，大偏差函数在平均效率$η= \barη$处取最小值，并单调增加，直到达到平台。对于具有有限个微观构型的热机，在时间对称条件下，达到卡诺效率的概率是最小的。结果表明，卡诺效率的最小似然性不是热机的一般性质。
2016-03-24 cond-mat.stat-mech
Impact of nonideal cycles on the efficiency of quantum heat engines
给定一个量子热机，在一个循环中工作，对于工作物质的含时哈密顿量H（t）达到最大效率，并且总的可控驱动H（t）= g（t）H，我们研究了由于哈密顿量中的一般的与时间无关的扰动而导致的效率与最优值的偏差。我们表明，对于一个工作物质组成的两个两级系统，通过适当地调整的相互作用，偏差可以被抑制到三阶的扰动参数，从而几乎保持发动机的最优性。
2019-05-13 cond-mat.stat-mech quant-ph
Numerical Estimation of the Current Large Deviation Function in the Asymmetric Simple Exclusion Process with Open Boundary Conditions
我们数值研究了具有开边界条件的对称和非对称简单排斥过程的总电流的大偏差函数，总电流是所有键上的局部电流之和。我们通过计算修正的转移矩阵的最大特征值和人口蒙特卡罗模拟来估计生成函数。因此，我们发现了一些有趣的行为，没有观察到的完全可解的情况下，以前研究如下。生成函数的偶数和奇数部分显示出不同的系统尺寸依赖性。在小系统中，电流的不同定义导致相同的生成函数。总电流的使用在蒙特卡罗估计中很重要。此外，非对称简单排斥过程的大偏差函数出现尖点。我们还讨论了粒子数蒙特卡罗模拟的收敛性，发现在一定的参数范围内，粒子数模拟的收敛速度很慢，而且随着系统规模的增大，修正转移矩阵的最大和第二大特征值之间的差距迅速趋于消失。
2011-08-29 cond-mat.stat-mech
Energetics of a simple microscopic heat engine
我们模拟一个微观热机作为一个粒子跳跃的一维晶格在一个周期性的电势，有或没有负载，辅助的热踢，它从交替放置的热和冷的热浴。我们找到了解析表达式的电流和热流率时，发动机工作在稳态。三个区域被确定为模型作为一个热机或作为一个冰箱或两者都不。在准静态极限下，发动机的效率和制冷机的性能系数分别接近卡诺发动机和卡诺制冷机。我们调查效率的发动机在两个操作条件下（在最大功率和最佳值的能量和时间），并比较它们与内可逆和卡诺发动机。
2005-03-23 cond-mat.stat-mech
Efficiency at the maximum power output for simple two-level heat engine
我们引入一个简单的两级热机来研究在最大功率输出条件下的效率，这取决于从中提取净功的能级。与效率达到理论最大值的准静态操作卡诺发动机相比，最近对在有限时间内操作的更现实的发动机的研究揭示了其他类型的效率，例如使功率输出最大化的Curzon-Ahlborn效率。我们研究的另一面与我们的热机模型，它包括纯弛豫和净功提取过程的人口差异所造成的不同的过渡率。由于我们模型的性质，时间依赖部分与生成的工作中的其他项完全解耦。我们推导出最佳条件的转换率最大化的发电功率输出，并讨论其含义的一般前提下，现实的热机。特别是，我们的模型的最佳发动机效率是不同的Curzon-Ahlborn效率，虽然他们共享的通用线性和二次系数在近平衡极限。我们进一步证实了我们的结果，采取另一种方法在热，冷水库的熵产生。
2016-12-01 cond-mat.stat-mech
Exact Large Deviations of the Current in the Asymmetric Simple Exclusion Process with Open Boundaries
在这篇论文中，我们考虑了非平衡统计物理学中最流行的模型之一：非对称简单排斥过程，其中粒子在一维晶格上随机跳跃，在两个固定密度的水库之间，每个站点在给定的时间最多只能容纳一个粒子。该模型具有可积的数学性质，这使其成为精确计算的良好候选者。我们特别感兴趣的是流经系统的粒子流（这是系统失去平衡的标志），以及它如何随时间波动。我们提出了一种方法，基于“矩阵Ancillary”设计的德里达，埃文斯，哈基姆和Pasquier，允许访问的确切累积量的电流，任何有限大小的系统和任何值的参数。我们还分析了结果的大尺寸渐近性，并对系统在所谓的“s系综”中的相图作了一个猜想。最后，我们展示了我们的方法如何涉及到代数Bethe Anastrophy，这被认为是不适用于这种情况。
2013-11-28 cond-mat.stat-mech
Large deviations in the symmetric simple exclusion process with slow boundaries
我们得到了精确的大偏差函数的密度分布和电流，在非平衡稳态的一维对称简单排斥过程耦合到边界水库与慢速率。与早期的结果相比，在边界处的速率是可比的散装的，我们展示了如何修改宏观波动时，边界速率慢的顺序的系统长度的倒数。
2020-09-09 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Large deviation function and fluctuation theorem for classical particle transport
我们分析评估的大偏差函数在一个简单的模型中的经典粒子转移两个水库。我们说明了如何从一个特殊的传播初始条件的渐近大的时间制度。我们表明，稳定状态的波动定理举行的粒子数的分布衰减速度比指数，这意味着解析的生成函数和离散谱的演化算子。
2013-08-01 cond-mat.stat-mech
Current large deviations for Asymmetric Exclusion Processes with open boundaries
本文研究了两个水库相接触的弱非对称简单排斥过程的大偏差泛函，并将其与完全非对称简单排斥过程的大偏差泛函，特别是Jensen-Varadhan泛函在大漂移极限下进行了比较.还提出了将Jensen-Varadhan泛函推广到开放系统的猜想。
2005-09-07 cond-mat.stat-mech math.PR
Large Deviations in the Symmetric Simple Exclusion Process with Slow Boundaries: A Hydrodynamic Perspective
本文利用宏观涨落理论的流体动力学方法，独立推导了具有慢速边界的对称简单排他过程在非平衡稳态下密度和流的大偏差函数，并给出了稀有涨落的最概然路径。
2024-04-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Heterogeneity-induced large deviations in activity and (in some cases) entropy production
我们解决了一个简单的模型，支持一个动态的相变和过渡的存在条件。使用大偏差理论的方法，我们分析计算的概率分布的活动和熵产生率的轨迹上的一个大环与一个单一的异构链接。相应的联合速率函数表现出两个动力学阶段-一个本地化和其他离域，但边际速率函数并不总是表现出潜在的过渡。动态序参量的对称性影响了跃迁的观测，使得某些动态序参量的分布不需要揭示潜在的动态双稳性。此外，我们的模型系统的解决方案产生的有效马尔可夫转移矩阵的形式，产生动态的两个动态阶段是在共存。我们讨论了细菌细胞对抗生素治疗的反应的过渡的影响，认为即使是简单的细胞周期模型缺乏明确的双稳态配置空间将表现出双稳态的动力学阶段。
2014-10-14 cond-mat.stat-mech
Experimental characterization of autonomous heat engine based on minimal dynamical-system model
自主式热机是一种利用非平衡流进行操作的自主非平衡系统（如生物细胞）的模型系统。由于卡诺热机对平衡态热力学的贡献是本质性的，因此自主热机有望在构建非平衡态热力学的挑战中发挥关键作用。然而，发动机的高度复杂性，涉及热，气流和力学之间的复杂耦合，阻碍了简单的建模。在这里，我们的实验特点的非平衡动力学和热力学的低温差斯特林发动机，这是一个模型自主热机。我们的实验表明，核心发动机动力学定量描述的最小动力学模型只有两个自由度。该模型提出了一个新的概念，说明了发动机作为一个由热力学力驱动的热力学钟摆。这一工作为从简单动力学系统出发研究自治系统的非平衡态热力学开辟了一条新途径。
2020-04-23 cond-mat.stat-mech
Bose--Einstein Condensation in the Large Deviations Regime with Applications to Information System Models
我们研究的系统，承认某种形式的产品分布，这是经常遇到的物理和各种信息系统模型的大偏差行为。首先，为了解决问题，我们演示了一个简单的计算单个约束（事件）的大偏差率函数。在一定条件下，该函数的行为表现出类似于玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）。更有趣的是，我们还研究了与两个约束相关的大偏差率函数（并且扩展到任何数量的约束在概念上都是简单的）。该速率函数的相图显示出多达七个阶段，它表明一个二维广义的概念的BEC（或更一般地说，一个多维BEC）。虽然结果是针对一个简单的模型进行说明的，但其基本原理实际上相当普遍。我们还讨论了几个应用程序和信息系统模型的影响。
2009-12-16 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Large deviations of the empirical current in interacting particle systems
我们研究了晶格气体中流体动力学标度极限下的电流涨落。更准确地说，我们证明了在对称简单排它过程中经验流的一个大偏差原理。然后，我们估计的平均电流的波动在一个大的时间间隔的渐近概率，并表明，相应的速率函数可以通过解决一个变分问题的功能I。对于对称的简单排它过程，极小元是与时间无关的，因此这个变分问题可以化为与时间无关的问题。另一方面，对于其他模型，极小值是不定常的。这种现象自然被解释为动力学相变。
2005-12-16 cond-mat.stat-mech math.PR
Statistical thermodynamics of supercapacitors and blue engines
我们研究电极电解质系统的热力学，例如充满离子液体的超级电容器或充满河水或海水的蓝能设备。通过适当的热力学变量的映射，我们确定了与经典热机的强类比。我们介绍了几个勒让德变换和麦克斯韦关系。我们认为，应该区分在恒定离子数和恒定离子化学势的微分电容，并推导出它们之间的关系，类似于在恒定体积和恒定压力下的热容之间的标准关系。最后，我们考虑在给定电极电位下电极电荷的概率分布，其标准偏差由微分电容给出。
2012-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Simple model for transport phenomena : Microscopic construction of Maxwell Demon like engine
提出了一个微观哈密顿框架来发展类麦克斯韦妖发动机。我们的模型包括一个平衡的热浴和非平衡浴;后者产生的驱动与外部固定，高斯噪声。我们开发的发动机可以被认为是一种通过修改内部波动来提取功的设备。我们的理论分析集中在寻找必要的成分产生波动诱导的非平衡条件下的运输。我们的模型的一个重要结果是，净运动发生时，非线性浴由外部噪声调制，创建非零的有效温度，即使当两个浴的温度相同。
2007-11-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Large deviations of density fluctuations in the boundary driven Quantum Symmetric Simple Inclusion Process
该研究针对边界驱动的一维量子对称简单包含过程（QSSIP），推导其密度涨落大偏差函数，发现其两点函数动力学及涨落与量子对称简单排除过程（QSSEP）一致，且局域密度涨落呈经典特性，验证了量子多体系统输运涨落的经典行为猜想。
2025-09-03 cond-mat.stat-mech quant-ph
Large deviations conditioned on large deviations II: Fluctuating hydrodynamics
对于扩散的多粒子系统，如SSEP（对称简单排斥过程）或独立的粒子与水库在边界耦合，我们分析了在很大的时间内集成的电流条件下的密度波动。通过微观计算确定了密度的条件大偏差函数。然后，我们表明，它可以表示在Hamilton-Jacobi方程的解决方案，它可以被写入一般扩散系统使用波动的流体动力学描述。
2019-05-17 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Stochastic Heat Engine Powered By Active Dissipation
纳米器件的热力学是一个活跃的研究领域。尽管它们周围有噪音，但它们经常产生机械功（例如微型热机），显示整流布朗运动（例如分子马达）。这就需要对实验上可量化的热力学效率进行研究。在这里，布朗粒子被具有时间周期性收缩和膨胀的谐波约束所驱动。该系统通过交替地（时间周期性地）连接到具有不同耗散率的浴槽来做功。我们从理论上分析了系统使用随机热力学。热力学量如功、热、效率、熵的变化在长循环时间内通过分析发现。模拟也在不同的周期时间进行。他们表现出良好的协议与分析计算在长周期的时间限制。利用仿真研究了工作、效率和效率的大偏差函数的分布。我们相信，我们的模型的实验实现是可能的。
2018-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Large deviations of current for the symmetric simple exclusion process on a semi-infinite line, and on an infinite line with a slow bond
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文研究了对称简单排斥过程在半无限线和无限线上的电流大偏差问题，采用宏观波动理论方法并结合稀有事件模拟，解决了多个相关难题。
2025-12-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Large deviation of long time average for a stochastic process : an alternative method
本文提出了一种计算随机跳过程长时间平均值大偏差的简单方法。我们表明，速率函数的计算可以简化为控制概率母函数演化的偏微分方程的计算。这个方程的长时间限制，在许多情况下可以很容易地获得，自然导致率函数。
2019-10-16 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Large Deviations of the Maximum Eigenvalue for Wishart and Gaussian Random Matrices
本文提出了一种简单的库仑气体方法，用于分析计算随机矩阵的最大特征值远大于其典型值的罕见事件的概率。大偏差函数的特点，这种概率计算明确的Wishart和高斯合奏。该方法是相当普遍的，并适用于其他相关的问题，如联合大偏差函数的顶部特征值的大波动。我们的研究结果是相关的广泛采用的数据压缩技术，即主成分分析。分析预测验证了广泛的数值模拟。
2008-11-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Anomalous 1D fluctuations of a simple 2D random walk in a large deviation regime
下面的问题是我们工作的主题：可以一个二维随机路径的一些限制推到一个不可能的“大偏差制度”，拥有极端的统计与一维Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）波动？答案是肯定的，尽管不是普遍的，因为波动取决于潜在的几何形状。我们详细考虑了两个例子的二维系统施加的外部约束力的基本平稳随机过程保持在一个非典型的制度与异常统计。第一个例子处理的是一个拉长的二维随机游走在一个半圆形或三角形上方的波动。在第二个例子中，我们考虑了一个二维偏置随机游动沿通道的圆形和三角形形状的禁空。在这两种情况下，我们感兴趣的是在半圆形或三角形的顶部上方的$t$步骤的轨迹的典型跨度$\left< d(t) \right> \sim t^γ$的依赖性。我们证明了$γ= \frac{1}{3}$，即$\left< d(t) \right>$共享的KPZ统计的三角形，而$γ=0$。我们提出了启发式推导的标度指数$γ$为不同的几何形状，证明他们明确的解析计算和数值模拟比较。为了实用的目的，我们的研究结果表明，在一个通道中的空隙的几何形状可能有一个至关重要的影响的边界层的宽度，因此，在通道中的传热。
2019-01-17 cond-mat.stat-mech math.PR
Model for crystallization kinetics: Deviations from Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami kinetics
我们提出了一个简单而通用的模型，以了解从著名的Kolmogorov-Johnson-Mehl-Avrami动力学理论中发现的金属再结晶和非晶半导体结晶的偏差。我们分析了动力学的转变和产品材料的晶粒尺寸分布，发现我们的模型和现有的实验数据之间有很好的整体协议。如此获得的信息可以帮助将由于沿着一些区域预先存在的各向异性而引起的上述实验偏差与沉积期间非晶相的一定程度的结晶度或更一般地与衬底的杂质或粗糙度相关联。
1999-08-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
A simple quantum heat engine
量子热机采用多级系统而不是充气气缸作为工作介质。我们特别考虑两级代理，如电子沉浸在磁场。在这种情况下，当电子从高磁场区被带到低磁场区时，就产生了功。在水磨中，当一定量的流体从高海拔的水库滴到低海拔的水库时，就会做功。我们表明，这种纯粹的机械发动机实际上可以被认为是一个两级量子热机，提供的流体被视为由n个分子的重量为1和N-n分子的重量为零。重量为1的分子类似于处于高能态的电子，而重量为0的分子类似于处于低能态的电子。更一般地，流体由各种重量的非相互作用分子组成。结果表明，机械发动机和量子（奥托）热机不仅每循环所作功的平均值相同，而且其涨落也相同。可逆卡诺循环是通过考虑多个子水库。
2003-06-02 cond-mat.stat-mech physics.ed-ph quant-ph
Effect of slow bonds on current fluctuations in the symmetric simple exclusion process
Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文通过精确大偏差函数和稀有事件模拟，研究了对称简单排斥过程中局部慢键对电流波动的影响，并给出了半无限情况下的初等推导。
2026-05-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Simple derivation of the $(- λH)^{5/2}$ tail for the 1D KPZ equation
研究了Kardar-Parisi-Zhang（KPZ）方程在$1+1$维数下的布朗和液滴初始条件下的长时间状态，并给出了$λH<0$负侧高度大偏差尾部的一个简单推导.我们发现，对于这两个初始条件，累积分布函数采取大偏差的形式，与尾部的$- \tilde s \gg 1$给出的$-\log \mathbb{P}\left(\frac{H}{t}<\tilde{s}\right)=t^2 \frac{4 }{15 π} (-\tilde{s})^{5/2} $。在两种初始条件下，在短时间内已经观察到了这种精确表达式，这表明这些大偏差在任何时候都是有效的。我们提出了两种方法来获得的结果（i）长时间估计使用Fredholm行列式公式和（ii）的行列式点过程的累积量的连续累积量的评价出现给大偏差率函数在大$\tilde s$展开的连续订单。本文还对低温下囚禁费米子的大偏差给出了解释。此外，我们进行了类似的计算KPZ方程在一个半空间液滴初始条件，并显示出相同的尾部，如上所述，与前因子$\frac{4}{15π}$取代$\frac{2}{15π}$。最后，可以扩展这些论证，以表明这条尾巴在任何时候都成立。这与先前在全空间问题的短时间限制内获得相同尾部的事实是一致的。
2018-02-23 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech math-ph
Mapping Nonequilibrium onto Equilibrium: The Macroscopic Fluctuations of Simple Transport Models
我们研究了一个简单的输运模型驱动的水库在边界上的平衡，对应的对称简单排斥过程的流体动力学极限。我们表明，密度和电流的非局部变换映射到一个开放的，孤立的链满足细致平衡，罕见的波动是弛豫的时间反转的模型的大偏差。我们认为，这样的映射的存在是直接的原因，为什么它是可能的，这个模型，以获得一个明确的解决方案的大偏差函数的密度，通过变量的基本变化。这种方法可以推广到以前用宏观涨落理论处理过的其他模型。
2007-10-10 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Current fluctuations and large deviations for periodic TASEP on the relaxation scale
$N$粒子在周期性$L$格点上的一维完全非对称简单排斥过程（TASEP）是一个跳跃率打破详细平衡的相互作用粒子系统.在热力学极限$L,N\to\infty$和有限密度粒子$\overlineρ=N/L$下，研究了该模型在时间$0$和时间$T$之间的粒子总时间积分电流$Q$.当前的$Q$采取领先的顺序确定性的值，从流体动力学演化的宏观密度分布的无粘Burgers方程。利用Bethe渐近公式的本征值和本征向量，一个精确的表达式$Q$的涨落的概率分布的弛豫时间尺度$T\sim L^{3/2}$的演化条件下，简单的初始和最终状态。对于平坦的初态和终态，在小的重新标度时间$T/L^{3/2}$下，得到了一个用Airy函数简单表示的大偏差函数。
2015-11-16 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
