Optimization of stochastic thermodynamic machines
随机热力机的研究是非平衡态热力学的主要课题之一。本文在Fokker-Planck方程的框架下，利用偏微分方程特征线法和变分法，对随机热力机的性能进行了优化，使不可逆功$W_{irr}$或等效总熵产$ΔS_{\rm tot}$达到其下界。讨论了最优热力机的性质，给出了最优热力机输出功率$W$、功率$P$和能量效率$η$的上界的显式表达式。为了说明所获得的结果，典型的例子与最佳协议（外部电位）。
2020-02-14 cond-mat.stat-mech
Functionals in stochastic thermodynamics: how to interpret stochastic integrals
在随机热力学中，来自宏观热力学的标准概念，如热、功和熵产生，通过在随机水平上定义它们而被推广到小的波动系统。在具有连续状态空间的朗之万系统中，这样的定义涉及沿着系统轨迹的随机积分，其具体值取决于用于评估它们的离散化规则（即积分中噪声项的“解释”）。通过一个系统的数学调查，这一明显的困境，我们证实了广泛使用的标准解释的热量和工作一样的泛函Stratonovich积分。此外，我们概括的异常，是已知的熵产生的温度梯度的存在下发生。
2019-07-17 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics and Hierarchy of Fluctuation Theorems with Multiple Reservoirs
我们重新制定随机热力学的Langevin系统的噪声实现与多个水库和研究结构的热力学第二热力学定律。当系统的一个自由度同时受到多个水库的影响时，也就是说，当噪声混合发生时，我们推导出一系列的波动定理。这些定理和相关的热力学第二热力学定律对朗之万系统的热力学提出了更严格的限制。我们将我们的研究结果应用于噪声混合环境中的随机机器，并证明我们的新边界在确定机器的潜在功能和性能方面起着至关重要的作用。
2018-07-31 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics for kinetic equations
随机热力学是为时间反演下的奇数变量而制定的。由于热浴的各向同性的碰撞率的空间旋转下的不变性被证明是一个至关重要的成分。另一种详细的波动定理推导出来，仅表示在远期统计。它说明了一个线性动力学方程与袋鼠率。
2015-03-31 cond-mat.stat-mech
Jarzynski Relation, Fluctuation Theorems, and Stochastic Thermodynamics for Non-Markovian Processes
我们证明了Jarzynski关系的一般随机过程，包括非马尔可夫系统的记忆。我们证明的唯一要求是存在一个定态，因此不包括非遍历系统。然后，我们展示了如何随机热力学的概念可以用来证明进一步精确的非平衡关系，如克鲁克斯关系和波动定理的熵产生非马尔可夫动力学。
2007-09-14 cond-mat.stat-mech
Stochastic energetics and thermodynamics at small scales
在非常小的尺度上，像功和热这样的热力学能量交换变得与系统的热能相当，这导致了不寻常的现象，比如瞬态违反第二定律。我们探讨了这些系统的一般特点，使用随机热力学的框架，并提供了一个初步的概述的基本概念。在这里，我们试图把一些积极追求的主题，如时间箭头，第二定律的信息增益的影响，使用克鲁克斯定理和热力学不确定性关系的生命起源的解释简单的术语。
2019-06-23 cond-mat.stat-mech
Collective Dynamics from Stochastic Thermodynamics
从随机热力学的观点出发，导出了描述全局耦合XY模型中有序-无序跃迁附近和仓本模型中同步-去无序跃迁附近的集体动力学方程.一种新的思维方式是将宏观变量的确定性时间演化解释为热力学系统的外部操作。然后我们发现，不可逆功决定了集体动力学的方程。在分析仓本模型时，我们采用了广义的不可逆功的概念，它源于与稳态热力学相关的非平衡恒等式。
2014-12-31 cond-mat.stat-mech
The underdamped Brownian duet and stochastic linear irreversible thermodynamics
在我们早期工作的基础上（Proesmans et.例如，物理学~修订版~ X \textbf{6}（2016），041010），我们引入欠阻尼布朗二重奏作为耗散系统或工作到工作引擎的原型模型。随机热力学理论的几个最新进展与明确的分析计算和相应的朗之万模拟说明。特别是，我们讨论了Onsager-Casimir对称性，功率，效率和耗散之间的权衡关系，以及随机效率。
2017-04-07 cond-mat.stat-mech
Entropy and Thermodynamic second laws: New perspective - stochastic thermodynamics and fluctuation theorems
最近，在热力学第二定律问题上有了相当大的进展，这就是众所周知的熵增加定律或不可逆性。特别是，一种新的对称性称为Gallavotti-Cohen对称性被发现在非平衡（NEQ）波动，这导致了所谓的波动定理。热力学第二定律是涨落定理的一个简单的推论，人们可以从涨落定理中定量地预测NEQ过程违反熵增加定律的频率。违反消失在热力学极限，但可以观察到合理的小系统。本文简要介绍了随机热力学，并导出了各种涨落定理，包括总熵产生、功-自由能关系、过剩和持家熵以及信息熵。
2018-05-15 cond-mat.stat-mech
Irreversible thermodynamics and Glansdorff-Prigogine principle derived from stochastic thermodynamics
本文从随机热力学推导不可逆热力学方程及Glansdorff-Prigogine极值原理，证明熵产生率为通量凸函数，过剩熵产生非负，并在无温度梯度时将其Lyapunov函数识别为热力学势。
2025-01-27 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics for "Maxwell demon" feedbacks
我们提出了一种方法，将一类特定的反馈过程的影响随机热力学。这些“麦克斯韦恶魔”反馈不影响系统能量学，而只影响系统状态之间的能量势垒（以取决于系统状态的方式）。因此，它们具有纯粹的信息性质。我们表明，由此产生的形式主义可以应用于研究的反馈过程中作用于电子转移通过结的热力学效应。
2012-07-09 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics of Non-Linear Electronic Circuits: A Realistic Framework for Computing around kT
我们提出了一个一般的形式主义的非线性电子电路的随机一致性模型的建设。构成电路的器件可以具有任意的I-V曲线，并且可以包括隧道结、二极管和亚阈值操作中的MOS晶体管等。我们提供了一个全面的分析这些模型的随机非平衡态热力学，确定相关的热力学势，表征的不可逆熵产生的不同贡献，并获得不同的波动定理。我们的工作提供了一个现实的框架，研究与电子电路计算热力学。我们证明了这一点，通过构建一个随机模型的CMOS反相器。我们发现，确定性分析是唯一兼容的假设的平衡波动，并分析了如何非平衡波动诱导偏离其确定性的传递函数。最后，建立在CMOS反相器，我们提出了一个全CMOS设计的概率位（或二进制随机神经元）利用固有噪声。
2021-05-18 cond-mat.stat-mech
Geometrical aspects of entropy production in stochastic thermodynamics based on Wasserstein distance
研究了Fokker-Planck方程的最优输运理论与随机热力学之间的关系。我们表明，熵产生的下限是由$L^2$ -Wasserstein距离的路径长度测量的行动。由于$L^2$ -Wasserstein距离是最优输运理论的一个几何度量，我们的结果意味着熵产生的几何解释。基于这种解释，我们得到了一个过渡时间和熵产生之间的热力学权衡关系。这种热力学的权衡关系被认为是一个热力学的速度限制，它给出了一个更严格的界限的熵产生。我们还讨论了随机热力学的子系统，并推导出一个下界的部分熵产生作为推广的信息热力学第二定律。我们的形式主义也提供了一个几何图片的最佳协议，以尽量减少熵产生。我们说明了这些结果的最佳随机热机和效率的几何界限。
2021-10-29 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics of oscillators networks
我们应用随机热力学的形式主义来描述复杂的Langevin和Fokker-Planck方程系统的动力学。我们特别提供了一个简单而通用的配方来计算非线性振荡器网络的耗散电流，耗散和传播热。利用热力学力和通量的Hodge分解，我们导出了一个熵产生公式，它推广了非势力的概念，并使任意远离平衡态的细致平衡和时间反演对称性的破缺变得透明。我们的形式主义，然后应用到描述的非平衡态热力学的几个例子，特别是连续铁磁体，网络的经典自旋振荡器和Frenkel-Kontorova模型的纳米摩擦。
2018-10-01 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic cost of Brownian computers in the stochastic thermodynamics of resetting
本文在重置随机热力学框架下，研究首通时间协议中逻辑可逆布朗图灵机的热力学代价，提出用经验逗留时间近似分布概率，并通过Gillespie算法数值分析重置熵产生。
2023-06-14 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics under coarse-graining
本文给出了具有多个储库的开放系统的随机热力学一般公式。通过引入一个分区的“宏观状态”（例如集的“微观状态”），对系统的热力学描述的后果进行了详细研究。当宏观态中的微观态迅速热化时，微观理论的整个结构在宏观态水平上恢复。当这些微观状态保持不平衡，导致对熵平衡的额外贡献时，情况并非如此。我们的一些结果说明了两个耦合量子点的模型。
2011-12-22 cond-mat.stat-mech
Classical and quantum stochastic thermodynamics
随机热力学提供了一个框架，描述系统的热力学平衡。它是基于这样的假设，即基本成分受到随机力的作用，产生随机动力学，在这里由福克-普朗克-克拉默斯方程表示。我们强调的作用，不可逆的概率流，消失的热力学平衡的特点，并产生一个特殊的波动和耗散之间的关系。与热力学的联系是通过定义能量函数和熵以及熵产生的速率来获得的。量子演化方程是Fokker-Planck-Kramers方程的正则量子化，它提供了对量子系统的扩展。给出了一个不可逆系统的例子，该系统是一个非平衡定态，熵不断产生。给出了通量与路径积分之间的关系。
2020-06-25 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics with odd controlling parameters
随机热力学将经典热力学的概念和关系扩展到经历强烈波动的小系统。功、热的定义和微观可逆条件是当前随机热力学框架中的两个关键概念。本文将随机热力学应用于具有奇数控制参数的小系统，发现热的定义与微观可逆条件不相容。这种矛盾也导致了对涨落定理和非平衡功关系的修正。通过引入伴随动力学，我们发现总熵产生可以分为三部分，其中两部分满足积分涨落定理。修正功和热的定义以及微观可逆条件，使我们能够导出两组修正的非平衡功关系，包括Jarzynski等式、详细的Crooks功关系和积分的Crooks功关系。我们考虑的战略的捷径等温线作为一个例子，并给出了更复杂的解释Jarzynski式的平等来自捷径等温线。
2019-07-10 cond-mat.stat-mech
Universal Thermodynamic Law Governing Stochastic Pendulum Clocks
Department of Complexity Science and Engineering, Graduate School of Frontier Sciences, The University of Tokyo（东京大学前沿科学研究生院复杂科学与工程系）
该研究针对随机摆钟这类欠阻尼系统，发现其相位不确定性乘积与熵产生存在仅依赖非线性程度的普适热力学关系，为设计高效摆钟提供了基础。
2026-09-07 cond-mat.stat-mech
A unified picture of strong coupling stochastic thermodynamics and time reversals
强耦合统计热力学被表述为一个观测系统与另一个未观测系统（浴）相互作用的哈密顿动力学。结果表明，随机热力学的熵产生泛函（定义为系统前向和后向路径概率的对数比）与系统和浴的联合初始条件的对数比成一一对应的关系.强耦合统计热力学的一个版本，其中系统-浴相互作用在过程的开始和结束时消失，弱耦合随机热力学也是如此，与最初处于平衡状态的浴本身相关。热量则是整个过程中浴能量的变化。它讨论了当这个热量是一个功能的系统历史。由塞弗特和雅任斯基引入的强耦合统计热力学版本与最初处于系统条件平衡的浴有关。这导致热作为系统历史的另一个泛函，需要通过热力学积分来确定。在随机过程中，前向和后向系统路径概率的对数比最终与组合系统和浴的初始条件的对数比有关。本文证明了在一般的时间反转下，随机过程的熵产生公式是由一个较大的底层Hamilton系统中浴能量的变化给出的。本文强调了时间反演的随机热力学的中心地位，也在强耦合的情况下。
2018-01-02 cond-mat.stat-mech
Non-equilibrium thermodynamics of stochastic systems with odd and even variables
随机系统的总熵产生可以分为三个量。第一个对应于多余的热量，而后两个包括内务热量。我们表示这两个组成部分的瞬态和广义管家热，我们得到了后者的积分波动定理，适用于所有马尔可夫随机动力学。以前报道的形式主义时，得到的平稳概率分布是对称的所有变量是奇数下的时间反转，限制考虑方向变量，如速度。
2012-02-10 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics and fluctuation theorems for non-linear systems
我们扩展随机热力学放松的两个假设，马尔可夫动力学必须是线性的，平衡分布必须是玻尔兹曼分布。我们表明，如果我们要求第二定律举行时，这些假设是放松的，那么它不能制定的香农熵。然而，热力学的一致性是挽救，如果我们重新制定的第二定律的广义熵;我们的第一个结果是一个方程的精确形式的非线性主方程的精确关联的广义熵，导致热力学的一致性。然后，我们建立在这一结果，以扩展通常的热力学量，是适当的，即使当这两个假设放松的概率水平的定义。最后，我们使用这些严格的定义，以获得扩展版本的克鲁克斯波动定理和Jarzynski等式适用时，这两个假设放宽。
2020-11-13 cond-mat.stat-mech
Relation between stochastic processes and thermodynamics of trajectories
该研究建立随机过程理论与轨迹热力学的对应关系及偏差，分析轨迹热力学变量的首次通过时间，提出结合二者方法以拓展物理问题研究的思路。
2025-06-14 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of a piezoelectric energy harvester model
实验研究了一种宽带随机振动驱动的压电能量采集器。我们表明，一个线性模型，包括欠阻尼Langevin方程的动态的尖端质量，机电耦合的电容器和负载电阻，可以准确地描述实验数据。特别是，理论模型使我们能够定义波动电流和研究系统的随机热力学，重点是在不同的时间间隔上的分配提取的工作。我们的分析和数值分析的线性模型是成功地比较实验
2022-03-03 cond-mat.stat-mech
Bridging Freidlin-Wentzell large deviations theory and stochastic thermodynamics
本研究在过阻尼Langevin系统中建立了Freidlin-Wentzell大偏差理论与随机热力学的联系，推导了准势的级数展开式，证明了逃逸率的熵产生界，为耗散亚稳态非平衡热力学研究提供了基础。
2024-09-11 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of resetting
具有随机重置的随机动力学导致非平衡稳态。在这里，我们通过推导远离平衡的重置过程的第一定律和第二定律来考虑重置的热力学。我们确定的贡献所产生的系统的熵产生的重置，并表明它们对应的信息被删除或创建的速率。使用朗道的原则，我们得出的工作量，需要保持一个复位过程的约束。我们讨论了不同的制度重置，包括麦克斯韦恶魔的情况下，热量是从恒温浴提取。
2016-03-03 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics of a Particle in a Box
活塞系统（盒子中的粒子）是传统热力学中最简单和最典型的模型。然而，最近建立的随机热力学（ST）的框架不适用于这个模型系统，由于嵌入的奇异性的潜力。本文采用一种新的坐标变换方法研究了盒子中粒子的随机热力学。通过与呼吸谐振子的精确解的比较，得到了线性响应区中任意协议的功分布的解析结果，验证了涨落耗散关系的各种预言.当应用到布朗Szilard发动机模型时，我们得到了最优协议$λ_t = λ_0 2^{t/τ}$对于给定的足够长的总时间$τ$。我们的研究不仅为盒中粒子的时空转换研究建立了一个范式，而且填补了时空转换研究中长期存在的空白。
2016-08-16 cond-mat.stat-mech
Duality between dissipation-coherence trade-off and thermodynamic speed limit based on thermodynamic uncertainty relation for stochastic limit cycles
The University of Tokyo（东京大学）
本文基于热力学不确定性关系，推导了随机极限环在弱噪声极限下的两个基本权衡：耗散-相干权衡和热力学速度限制，并通过噪声罗素模型和随机化学系统进行了数值验证。
2026-05-01 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of all-to-all interacting many-body systems
我们提供了一个随机的热力学描述跨尺度的$N$相同的单位与所有的相互作用，被驱动远离平衡不同的水库和外力。我们开始在微观水平与泊松率描述多体状态之间的转换。然后，我们确定了一个精确的粗粒化导致系统职业之间的泊松转换的介观描述。我们继续研究宏观波动的马丁-Siggia-Rose形式主义和大偏差理论。在宏观极限（$N \to \infty$），我们推导出精确的非线性（平均场）速率方程描述最可能的职业的确定性动力学。我们确定的尺度的热力学和动力学，确保热力学的一致性（包括详细的波动定理）在微观，介观和宏观尺度。概念上的不同性质的香农熵（和随之而来的随机热力学）在不同的尺度也概述。宏观波动是在一个非平衡伊辛模型中半解析地计算的。我们的工作为研究非平衡相变热力学提供了一个强有力的框架。
2020-05-08 cond-mat.stat-mech
Hyperaccurate currents in stochastic thermodynamics
介观系统的热力学观测量可以表示为积分经验流。它们的涨落受热力学不确定性关系的约束。我们引入超精确流作为在给定的非平衡系统中具有最小涨落的积分经验流。对于由过阻尼朗之万方程描述的稳态系统，我们利用变分原理导出了一个超精确电流方程。我们表明，超精确电流符合熵产生当且仅当后者饱和的热力学不确定性关系，否则它可以更精确。超精确电流可用于改进从实验数据对熵产生的估计。
2019-12-12 cond-mat.stat-mech
Unifying Three Perspectives on Information Processing in Stochastic Thermodynamics
到目前为止，反馈驱动系统已经讨论了使用（i）测量和控制，（ii）与系统相互作用的磁带或（iii）通过识别稳态传输中的隐式麦克斯韦恶魔。从一个主涨落定理出发，导出了相应的第二定律，并讨论了它们之间的关系。特别是，我们表明，涉及系统和控制器之间的互信息的熵产生和一个涉及一个香农熵差的信息水库，如磁带进行一个额外的长期不同于通常的当前时间的亲和力。因此，我们将随机热力学推广到信息库的存在。
2014-03-04 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics with information reservoirs
我们推广随机热力学，包括信息水库。这种信息库可以被建模为比特序列，它修改了第二定律。例如，如果系统还与信息库相互作用，则从与单个热浴接触的系统中提取功变得可能。得到了一个不等式和相应的涨落定理，推广了随机热力学的标准熵产生。从这个不等式我们可以推导出信息处理熵产生，它给出了信息库存在时的第二定律。我们还发展了一个系统的线性响应理论的信息处理机。对于由信息库供电的单循环机器，在最大功率下的效率可以偏离标准值1/2。对于擦除磁带消耗能量的情况，发现在最大擦除率时的效率为1/2。
2014-11-14 cond-mat.stat-mech
Conservation laws and symmetries in stochastic thermodynamics
唯象非平衡态热力学描述了守恒量（如物质、能量和电荷）如何从外部储存器流过系统，以及它们如何不可逆地从一种形式退化为另一种形式。随机热力学是在系统的配置空间中循环的概率通量。这两个框架的一致性是由局部细致平衡条件授予的，该条件指定了在配置之间的单个转换期间与储层交换的物理量的量。我们表明，拓扑结构的配置空间至关重要地决定了数量的独立的热力学亲和力（力），水库产生的系统，并提供了一个通用的算法，产生的基本亲和力和共轭电流的总耗散，基于宏观守恒定律的电流和微观对称性的亲和力之间的相互作用。
2016-08-22 cond-mat.stat-mech
Geometric view of stochastic thermodynamics for non-equilibrium steady states
我们探讨的想法，非平衡稳态打破细致平衡的变形轨迹（线的时空）已被采样在一个参考系与随机动力学服从细致平衡，我们要求的工作需要执行这项任务。这些几何变形不是任意的，而是通过与环境的相互作用而产生的，或者是通过外部代理对守恒量的操纵，或者是通过它们与工作库的交换。这种观点允许一致的模型打破细致平衡和伴随的熵产生没有非保守力，并系统地扩展热力学系综的概念，非平衡稳态。我们说明了这种方法的实用性，将其应用到悬浮液的活性胶体颗粒，并推导出其一致的运动方程。
2018-04-15 cond-mat.stat-mech
Boltzmann stochastic thermodynamics
玻尔兹曼动力学方程是从描述孤立热力学系统相空间中的随机动力学的积分-微分主方程得到的。随机演化产生熵的产生，导致吉布斯熵的增加，与由刘维尔方程描述的哈密顿动力学相反，其中熵在时间上是恒定的。通过考虑两粒子碰撞时的跃迁率，得到玻尔兹曼方程。当碰撞产生的散射角很小时，主方程被简化为福克-普朗克型的微分方程。当动力学是哈密顿型时，主方程简化为刘维尔方程。本方法被理解为麦克斯韦和玻尔兹曼在气体动力学理论中关于微观时间演化的推理的随机解释。
2019-05-17 cond-mat.stat-mech
Fluctuation Theorem with Information Exchange: Role of Correlations in Stochastic Thermodynamics
我们建立了非平衡系统与其他自由度（如观测器和反馈控制器）之间存在信息交换的涨落定理，其中信息交换量被添加到熵产生中。由此产生的广义第二定律设定了信息交换过程中能量耗散和能量消耗的基本限制。我们的结果不仅适用于反馈控制的过程，但也更广泛的信息交流类，并提供了一个统一的框架的非平衡热力学测量和反馈控制。
2012-10-10 cond-mat.stat-mech
Hidden Markov models for stochastic thermodynamics
状态估计和隐马尔可夫模型的形式化可以简化和澄清存在反馈和测量误差的随机热力学的讨论。在回顾了基本的形式主义，我们用它来阐明最近的讨论相变的信息引擎，其中测量噪声作为一个控制参数的优化响应。HMM形式主义还表明，附加信息的值在中间信噪比处显示出最大值。最后，我们讨论了如何开放的信息流系统显然可以违反因果关系的HMM形式主义可以量化的性能增益，由于这种违反。
2015-04-29 cond-mat.stat-mech
Generalized Finite-time Optimal Control Framework in Stochastic Thermodynamics
Saarland University（萨尔兰大学）
本文提出了一种随机热力学中有限时间最优控制框架，通过最小化有限时间耗散成本，揭示不连续端点跳跃机制，提升非平衡系统控制效率。
2026-08-10 cond-mat.stat-mech
Intrinsic and extrinsic thermodynamics for stochastic population processes with multi-level large-deviation structure
一组核心功能的热力学描述的本质，从大偏差的时间尺度层次的系统中的属性，但这是\emph{not}依赖于守恒定律或微观可逆性的基板托管的过程。最基本的元素是宏观态与大偏差熵的概念，以及相互作用的子系统之间对不可逆性的贡献的分解，这是经典和随机热力学中依赖热概念的起源。一个自然的分解是存在的，到一个相对熵和内务熵率，分别定义的\textit{intensive}热力学系统和\textit{extensive}热力学向量嵌入系统在其上下文中。这两个密集和广泛的组件是功能的Hartley信息的瞬时系统定态，这是信息\emph{about}的联合效应的系统过程的贡献不可逆性。结果推导出随机化学反应网络，包括勒让德对偶的管家熵率，完全不可逆的过程中，在平等的基础上与那些在相反的限制详细的平衡。这项工作的目的是鼓励发展固有的热力学描述的规则为基础的系统和生活状态，这是不被视为还原解释热流。
2020-08-04 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of Fisher information
本文研究 Fisher 信息的随机热力学，通过引入两种初始条件刻画其涨落与准统计，揭示平均 FI 对初始条件和路径的依赖，并分析其对不可逆功、熵及热统计不等式的作用。
2025-01-03 cond-mat.stat-mech
Entropy Production in Mesoscopic Stochastic Thermodynamics: Nonequilibrium Kinetic Cycles Driven by Chemical Potentials, Temperatures, and Mechanical Forces
非平衡态热力学（英语：Nonequilibrium thermodynamics，NET）研究系统在整体平衡之外的过程。在介观水平上，它提供了各种复杂现象的统计动态描述，如化学反应，离子传输，扩散，热化学，热机械和机械化学通量。在本综述中，我们介绍了一个介观随机制定NET通过分析熵产生在几个简单的例子。强调了非平衡稳态循环动力学的基础作用。在这种情况下，昂萨格的互惠关系的统计力学阐明。化学机械，热机械和酶催化的热化学能量转换过程进行了讨论。有人认为，介观随机NET提供了一个严格的数学基础的基本概念，需要理解复杂的过程中的化学，物理和生物学，这也是相关的纳米技术的进步。
2016-01-15 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of ecosystems
基于随机方法研究生态系统的热力学与种群动力学，将物种个体数视为随机变量，通过单向捕食关系确定质量、能量和熵通量及熵产生率，发现能量通量与流向环境的熵通量成正比。
2024-05-29 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics of relativistic Brownian motion
需要相对论处理的物理场景在自然界中无处不在，从宇宙学对象到狄拉克材料中的载流子。有趣的是，所有这些情况都有一个共同点，即系统通常在远离热平衡的情况下运行。因此，随机热力学的框架是否以及如何适用于相对论能量是一个突出的问题。本文推广了相对论性朗之万方程的随机热和随机功的概念，得到了无反馈和有反馈时的涨落定理。对于反馈过程，我们考虑的后果，缺乏的事件在惯性框架的观察员和布朗粒子的不可逆性，我们认为，框架的绝对不可逆性是有助于避免因果考虑。分析的结论是在石墨烯的潜在实验应用的几点意见。
2020-05-08 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics for classical non-Markov jump processes
Kyoto University（京都大学）
本文提出经典非马尔可夫跳跃过程的随机热力学理论，引入傅里叶嵌入技术，推导了第二定律，并展示了两种新型非马尔可夫模型。
2026-08-05 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic Length in Stochastic Thermodynamics of Far-From-Equilibrium Systems: Unification of Fluctuation Relation and Thermodynamic Uncertainty Relation
Saarland University（萨尔兰大学）
本文通过路径积分表示和变分原理，建立了远离平衡离散状态系统的有效作用量，统一了热力学长度、涨落关系和热力学-动力学不确定关系。
2026-06-15 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics for active matter
对活性物质的理论理解仍然是碎片化的和面向模型的，活性物质是被定向运动驱动而脱离平衡的。随机热力学，另一方面，是一个全面的理论框架驱动系统，允许定义波动的功和热。我们将这些定义应用于活性物质，假设耗散可以用有效的非保守力来模拟。我们表明，通过工作，共轭广泛和密集的可观的定义，即使在非平衡稳态缺乏自由能。作为例子，我们推导出了活性布朗粒子的压力和界面张力的表达式。尽管观察到稳定的相分离，后者变为负值。我们讨论了这个明显的矛盾，突出了波动的作用，我们提供了一个尝试性的解释。
2016-03-10 cond-mat.stat-mech
Quantifying the validity and breakdown of the overdamped approximation in stochastic thermodynamics: Theory and experiment
随机热力学提供了一个重要的框架，探索小的物理系统，热波动是不可避免的。在随机热力学的研究中，常假设与完全朗之万方程（Kramers方程）有关的一些热力学量，如轨线功，在过阻尼近似下，在过阻尼极限收敛于与过阻尼朗之万方程（Smoluchowski方程）有关的热力学量。然而，严格的数学证明的收敛性的工作分布，我们的知识还没有报道到目前为止。在这里，我们研究的工作分布的收敛明确。在过阻尼极限下，我们严格地证明了扩展的Fokker-Planck方程的收敛性，包括使用多时标扩展方法的工作。以线性拖曳谐振子为例，解析地计算了Kramers方程的功分布，并验证了在过阻尼极限下它收敛于Smoluchowski方程的功分布.我们量化的过阻尼近似的阻尼系数的函数的准确性。此外，我们的实验表明，悬浮的二氧化硅纳米球的功分布的数据同意过阻尼近似在过阻尼极限，但偏离过阻尼近似在低阻尼的情况下。我们的工作填补了基于完整朗之万方程（Kramers方程）和过阻尼朗之万方程（Smoluchowski方程）的随机热力学之间的空白，加深了我们对随机热力学中过阻尼近似的理解。
2018-11-09 cond-mat.stat-mech
Stochastic Calculus Approach to Thermodynamics of Jump Processes
该研究采用随机微积分方法，推导推广了马尔可夫跳跃过程的三类热力学不等式，验证了理论与模拟的吻合性，分析了界的饱和条件与关联，还提出了两种不改变稳态分布的非平衡驱动方法。
2025-07-31 cond-mat.stat-mech
Stochastic thermodynamics for Ising chain and symmetric exclusion process
我们验证了有限时间波动定理的线性伊辛链在其两端与热源接触。解析结果推导出的链组成的只有两个自旋。该系统可以被映射到一个模型的粒子传输，即对称排斥过程，在接触热和粒子水库。我们修改的对称排斥过程，以代表一个热发动机和再现的最大功率的效率的普遍特征。
2017-02-14 cond-mat.stat-mech
Optimal Control in Stochastic Thermodynamics
本文回顾了随机热力学中最小耗散最优控制的理论进展、精确解、近似方法及其与最优输运理论的联系，并指出当前是将其应用于化学与生物系统的合适时机。
2023-04-11 cond-mat.stat-mech
Maxwell's demon and the management of ignorance in stochastic thermodynamics
自从麦克斯韦挑战热力学第二定律的有效性，想象一种微小的生物可以以这样一种方式对气体分子进行分类，从而在不施加任何功的情况下减少熵以来，已经过去了近150年。人们主要是通过思想实验来讨论这个恶魔的，但正如麦克斯韦所想象的那样，最近已经有可能对纳米级系统进行控制，第二定律的地位也变得更加实际，这就提出了一个问题，即测量如何以一种可以利用的方式管理我们的无知。随机热力学的框架扩展了宏观概念，如热，功，熵和不可逆性到小系统，并允许我们探索的问题。一些反对成功的恶魔的论点意味着第二定律可以无限期地暂停，直到我们为了消除他的操作记录而消耗能量。相比之下，在随机热力学下，恶魔失败了，因为平均而言，在进行测量时提前执行的工作比通过利用结果提取的工作要多。这就要求我们排除系统和一个恶魔，在什么可能被称为自我排序动力学的发展，我们反映了控制的约束，这意味着，同时仍然在热力学框架内工作。
2015-12-13 cond-mat.stat-mech
Stochastically driven single level quantum dot: a nano-scale finite-time thermodynamic machine and its various operational modes
我们将与两根引线接触的单能级量子点描述为纳米级有限时间热力学机器。点是由外部随机力驱动的，该力在两个值之间切换其能量。在等温状态下，它可以通过响应于随机驱动而产生对抗所施加的偏压的电流并在反向循环中重新传递功来作为可再充电电池操作。这种行为让人想起了Parrondo悖论。如果存在热梯度，则该装置可以用作产生功的热机，或者用作经由随机驱动的功输入从冷储存器提取热量的制冷机。机器在最大功率输出的效率进行了调查，为每种操作模式，并确定了通用功能。
2012-03-14 cond-mat.stat-mech
Foundations of Stochastic Thermodynamics
热力学介质中的小系统-如悬浮液中的胶体或活细胞中的分子机器-受到其环境的热波动的强烈影响。物理学家通过随机过程来模拟这样的系统。随机热力学（ST）定义了熵变化和其他热力学概念，用于这些过程的个体实现。它适用于远离平衡的情况，并提供了一个统一的方法来随机波动关系。它的预测已被研究和实验验证。本文主要研究了ST的理论基础，主要集中在以下两个方面：（1）介观观测的随机性起源于微观水平上的分子混沌。人们能否从一个潜在的可逆确定性动力学推导出ST？我们能否在一个定义明确的信息理论框架中解释ST的熵和熵变的概念？(ii)有限状态空间上的马尔可夫跳变过程是生物化学途径的常见模型。在这样的模型中，如何量化和计算物理观测量的波动？国家网络的拓扑结构起着什么作用？我们如何将我们的抽象结果应用于分子马达模型的设计？本文最后展望耗散作为信息写入未观察到的自由度-一个角度，产生一个一致性标准制定的动力学模型之间的各个层次的描述。
2014-10-15 cond-mat.stat-mech
Overdamped stochastic thermodynamics with multiple reservoirs
在建立了与多个水库接触的欠阻尼Langevin系统的随机热力学模型后，我们利用时标分离技术导出了其过阻尼极限。过阻尼理论不同于人们从过阻尼朗之万或福克-普朗克动力学出发时得到的朴素理论，并且仅在存在单个储层时与之一致。其原因是粗粒快动量动力学达到了一个非平衡状态，在多个水库的存在下进行热。欠阻尼和过阻尼理论都满足基本波动定理。他们的预测的热统计分析得出的布朗粒子在一个环上接触两个水库，并受到非保守力，并在长时间限制一致。
2016-09-27 cond-mat.stat-mech
