Rectification of thermal fluctuations in a chaotic cavity heat engine
研究了介观片上热机中热涨落的整流问题。该发动机由一个热混沌腔电容器耦合到一个冷腔，整流多余的噪音，并产生一个定向电流。波动感应的定向电流取决于冷腔的接触到引线的传输的能量不对称性，并且与温差成比例。讨论了热机的最大输出功率及其效率。
2012-05-02 cond-mat.mes-hall
Correlations of heat and charge currents in quantum-dot thermoelectric engines
分析了基于量子点的热电发动机中电荷流和热流的噪声特性及其相关性。发动机是一个三端导体，具有交叉的热量和电荷流，其中热量波动可以通过电荷检测器进行监测。我们调查的电荷和热动力学的相互影响，以及它是如何表现在电流和噪声特性。在能量依赖的隧道的存在下，操作条件进行了讨论，其中可以通过热转换产生的充电电流。此外，通过驱动耦合导体中的充电电流，可以将热量泵入热源。一个最佳的配置被发现的结构，其中的能量依赖的隧道最大化的非对称传输与最大的电荷-热互相关。值得注意的是，在使热机失速的电压下，我们发现，在最佳情况下，非平衡态仅通过热量和充电电流的波动来维持。
2013-12-09 cond-mat.mes-hall
Magnon-driven quantum-dot heat engine
我们研究了一个由单能级量子点耦合到两个铁磁金属和一个铁磁绝缘体组成的热-电荷-电流转换器。我们证明，这种纳米引擎可以作为一个最佳的热自旋极化的电荷电流转换器在反平行的几何形状，而它作为一个热纯自旋电流转换器在平行的情况下。讨论了器件的最大输出功率和效率。
2012-07-18 cond-mat.mes-hall
Three-terminal heat engine and refrigerator based on superlattices
提出了一种基于半导体超晶格的三端热机。超晶格结构的周期性产生能量迷你带，给出允许的电子输运的能量窗口。我们发现，这种设备提供了一个大的功率，近两倍于基于量子阱的热机，与一个小的效率降低。该发动机还在系统参数的不同状态下作为制冷机工作。对制冷机的热电性能进行了分析，包括优化工况下的制冷功率和性能系数。我们还计算了通过系统的声子热流，并探讨了声子热流的减少相比，散装材料。直接声子热流在低温下可以忽略不计，但在室温下占主导地位的电子，我们讨论如何减少它。
2015-08-12 cond-mat.mes-hall
Universal Coherence-Induced Power Losses of Quantum Heat Engines in Linear Response
我们引入了一个通用的方案，将周期性驱动的量子热机的功率输出分为经典贡献和仅来自量子相干性的贡献。专门Lindblad动力学和小驱动振幅，我们推导出一般上界的相干和总功率。这些限制意味着，在线性响应制度，相干性不可避免地导致功率损耗。为了说明我们的一般分析，我们明确地计算出实验相关的单量子比特引擎的例子。
2017-03-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Converting coherence into work with a fully quantum engine
本文实验实现了一种以相干浴驱动的金刚石固态自旋全量子引擎，将量子相干性转化为功，相比经典引擎产功提升近200%，并给出相干到功转化的判据。
2025-11-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Heat transport and rectification via quantum statistical and coherence asymmetries
最近在纳米尺度上的实验证实，热整流器，电子二极管的热等效物，可以在量子机制中工作。我们提出了一个彻底的调查不同的粒子交换统计，相干性和集体相互作用的量子热输运整流器两端结的效果。使用碰撞模型的方法来描述开放系统的动力学，我们得到的非线性热流的一般表达式，从根本上偏离的朗道公式，每当量子统计或相干不对称存在于浴粒子。在此基础上，我们表明，热整流是可能的，即使与对称的介质浴耦合，如果两个浴不同的量子统计或相干。此外，相关的热导在低温下呈指数消失，如库仑阻塞效应。然而，在高温下，它获得取决于量子统计的幂律行为。我们的研究结果对于混合开放量子系统或固态热电路的热管理具有重要意义。
2022-11-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Surface Electromagnetic Waves Thermally Excited: Radiative Heat Transfer, Coherence Properties and Casimir Forces Revisited in the Near Field
本文综述了表面波对热激励电磁场的影响。我们研究特别是在subwalength距离的材料表面发射的字段。在回顾了表面波的主要特性之后，我们介绍了波动耗散定理，该定理允许对波动电磁场进行建模。然后，我们分析这些波在各种现象中的贡献。它们对电磁场态密度的贡献最大，在平面热源的近场产生时间相干和空间相干。它们可以用来修改表面的辐射特性和设计部分空间相干源。最后，我们讨论了表面波在辐射传热中的作用和亚波长尺度下的色散力理论。
2005-04-24 cond-mat.mes-hall physics.optics
Fractional Quantum Heat Engine
在这项工作中，我们介绍了分数量子热机的概念。以空间分数量子Szilard热机为例，说明了空间分数量子热机比传统量子热机具有更高的效率.
2021-03-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting Coherence Peak in Near-Field Radiative Heat Transfer
本研究揭示超导体-铁磁系统中近场辐射传热在超导相变处出现源于Bogoliubov准粒子量子相干性的独特峰值，并利用铁磁共振隔离该峰，为超导电路热管理提供新途径。
2025-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Fluctuation Relation for Heat Engines
我们推导出确切的等式，称为波动关系的热机（FRHE），涉及统计的热量提取的两个热浴和工作的热机操作的每一个周期。经典热力学的卡诺不等式是FRHE的直接结果。
2011-11-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Quantum coherence engineering in the integer quantum Hall regime
我们提出了一个实验，其中的量子相干性的整数量子霍尔制度的边缘态调谐与去耦门。相干长度是通过测量马赫-曾德尔干涉仪中的量子干涉的可见度作为温度的函数来确定的，在填充因子为2的量子霍尔制度中。相干长度的温度依赖性可以通过因子2改变。在有限的温度下的相位相干性的加强所示，从减少共同传播的边缘状态之间的耦合。这为量子霍尔系统的相位相干性的大幅改善开辟了道路。退耦门还允许我们研究边间态耦合如何影响量子干涉对注入偏压的依赖性。我们发现，有限偏置可见度可以分解成两个贡献：高斯包络，这是令人惊讶的不敏感的耦合，和拍频分量，相反，强烈影响的耦合。
2012-02-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancement of quantum coherence in solid-state qubits via interface engineering
本文提出通过氧终止与石墨烯修补的界面工程，将金刚石浅层NV中心相干时间延长至1 ms以上，并利用h-BN保护层提升器件稳定性，从而实现高灵敏度纳米尺度核磁共振。
2025-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Finite-Time Quantum Landauer Principle and Quantum Coherence
朗道原理指出，任何逻辑上不可逆的信息处理都必须伴随着耗散到环境中。在本研究中，我们研究了有限时间信息擦除过程中的热耗散以及量子相干性的影响。通过考虑的情况下，其中的信息被编码在一个开放量子系统的动力学描述的马尔可夫林德布拉德方程，我们表明，耗散的热量是下界的传统的Landauer成本，以及一个校正项成反比的操作时间。为了阐明量子相干性与热耗散之间的关系，我们导出了一个由量子相干性表示的热耗散的下界。这个界限定量地意味着在擦除过程中在能量本征基中产生量子相干性不可避免地导致额外的热成本。所得到的界限保持任意的操作时间和控制协议。通过遵循最优控制理论，我们在数值上提出了一个最优协议，并使用单量子比特系统来说明我们的研究结果。
2021-11-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Engineering ultralong spin coherence in two-dimensional hole systems at low temperatures
为了实现可扩展的固态量子比特系统，半导体量子点中的自旋是有希望的候选者。量子逻辑运算的一个关键要求是自旋系统的相干时间足够长。最近，基于III-V族的量子点中的空穴自旋被讨论为电子自旋的替代物，因为与电子自旋相反，空穴自旋不受与核自旋的接触超精细相互作用的影响。在这里，我们报告了一个突破的自旋相干时间的空穴系综，局限于所谓的自然量子点，在狭窄的GaAs/AlGaAs量子阱在低于500 mK的温度。一致地，时间分辨的法拉第旋转和共振自旋放大技术提供空穴自旋相干时间，其在高于70 ns的低磁场极限值中接近。空穴自旋极化的光学初始化，以及在我们的样品中的互连的电子和空穴自旋动力学是很好地再现使用速率方程模型。
2010-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Quantum point contacts as heat engines
宏观热机的效率受到热力学第二定律的限制。它们最多能达到卡诺热机的效率。相比之下，在介观热机中的热流表现出波动。因此，介观热机在短的测量时间内超过卡诺最大值的概率很小。我们使用量子点接触作为热机来说明这种效应。当温度差被施加到量子点接触时，该系统可以在稳态条件下被用作电功率源。我们首先讨论这样一个热机的最佳工作点，最大化所产生的电力，随后计算的统计偏差的效率从其最可能的值。我们发现，超过卡诺极限的偏差是可能的，但不太可能。
2015-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Reversible quantum Brownian heat engines for electrons
布朗热机利用非对称势中的局部温度梯度来对抗外力移动粒子。这种机器的能量效率通常受到与不同热浴接触的颗粒所携带的不可逆热流的限制。在这里，我们表明，通过使用适当选择的能量过滤器，电子可以可逆地转移之间的水库，具有不同的温度和电化学电位。我们应用这一结果，提出热机的基础上介观半导体棘轮，它可以准静态操作任意接近卡诺效率。
2002-07-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
How phonon coherence develops and contributes to heat conduction in periodic and aperiodic superlattices
本研究通过原子级波包模拟发现，非周期性超晶格中无序界面间距使相干声子表现为非传播振动模式，导致能量漫散射传输，而周期性超晶格中相干声子可弹道传播，揭示了声子相干性对热传导的影响。
2024-12-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hybrid Microwave-Cavity Heat Engine
我们提出并分析了使用混合微波腔作为量子热机。一种可能的实现包括两个宏观上分离的量子点导体电容耦合到微波腔的基模。我们证明，电流可以通过腔介导的过程，通过加热其他导体在一个导体中感应。该热机可以达到卡诺效率，具有最佳的热量到功的转换。当系统输送最大功率时，效率可以是卡诺效率的大部分。热机甚至在量子点中具有适度的电子弛豫和退相的情况下也起作用。我们提供了详细的估计电流和输出功率使用现实的参数。
2014-02-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering quantum interference in van der Waals heterostructures
在本文中，我们提出了一种新的路线，可调谐的自发谷相干的异质结构的二维谷电子材料与其他层状材料托管各向异性极化激元模式。我们首先讨论的依赖性的一般异质结构的各向异性部分的电导率张量和它的几何配置上的这种一致性。随后，我们提出了两个实现-一个，使用各向异性等离子体在磷烯和另一个双曲声子极化激元在MoO 3。在这两个系统中，我们第一次展示了自发谷相干性的静电可调谐性，在室温下在近中红外波长处达到了前所未有的高达80%的值。这些异质结构中所显示的这种谷相干性的可调谐性将使有源谷电子量子电路的实现成为可能。
2019-10-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
InAs three quantum dots as working substance for quantum heat engine
本文以三个InAs量子点为工作物质，研究电场和Forster机制下量子奥托热机的做功与纠缠行为，并揭示纠缠与热机性能之间的复杂关系。
2023-09-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Rényi entropy flows from quantum heat engines
我们评估Renyi熵流从一般的量子热机（QHE）的弱耦合探针环境保持在热平衡。我们表明，流量不仅由热流，但也由量子相干流，可以单独测量，在实验中除了热流测量。这同样适用于Shanon熵流。这就要求对量子非平衡热力学中的熵流概念进行修正。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
A mechanical autonomous stochastic heat engine
随机热机是使用少量高度波动的自由度从随机热运动产生功的装置。这种装置的建议已经存在了一个多世纪，包括麦克斯韦恶魔和费曼棘轮。直到最近，它们才被实验证明，例如，在光阱中实施的热循环。然而，最近的示范随机热机是非自治的，因为它们需要一个外部控制系统，规定一个加热和冷却循环，消耗更多的能量比他们生产。本报告提出了一个热机组成的三个耦合机械谐振器（两个丝带和一个悬臂）受到随机驱动。该发动机使用几何非线性的共振带自动转换成一个低熵的随机激励，悬臂梁的非被动振荡。该发动机呈现负热导率的异常热传输特性，包括被动地将能量从冷储层传递到热储层的能力。
2016-01-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium fluctuations in quantum heat engines: Theory, example, and possible solid state experiments
研究了量子热机中的随机能量交换。由于微观可逆性，这些服从波动关系，称为热机波动关系，这意味着卡诺界限：没有机器可以有效率大于卡诺效率。量子热机的随机热力学（包括热和功的联合统计和效率的统计）通过最优双量子位热机来说明，其中每个量子位耦合到热浴，并且双量子位门确定两个量子位之间的能量交换。我们讨论了可能的固态实现库珀对盒和通量量子比特，量子门操作，和快速量热片上测量的单个随机事件。
2014-12-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Heat measurement of quantum interference
该研究通过测量量子位与热浴间的热传输干涉图案，揭示了相干性在量子热力学中的作用，并提出基于Floquet理论的理论模型。
2025-12-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherence-assisted quantum state preparation and thermal control through repeated interactions
University of Toronto（多伦多大学）
该研究在马尔可夫重复相互作用框架下，推导了量子比特与相干环境相互作用的精确解析解，证实环境相干性可作为资源调控稳态制备与能量传递，甚至逆转热流方向。
2026-10-09 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.chem-ph
Nonlinear effects for three-terminal heat engine and refrigerator
建立了一种由腔体和热槽组成的三端加热装置。通过调节电极和声子浴的温度，该装置可以用作热机或制冷机。我们研究了这两种设置的线性和非线性制度的特性性能。重点分析了非线性输运对热机效率和制冷机性能系数的影响。考虑到这些因素，然后针对各种能级、温度和其它参数优化最大效率和功率。
2018-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech physics.app-ph
Thermodynamics of the mesoscopic thermoelectric heat engine beyond the linear-response regime
介观热电热机作为一种能够高效利用传统热机无法利用的废热的装置而备受期待。然而，该发动机中热流的推导似乎要么不通用，要么描述得过于简单，甚至在某些情况下是不合适的。在本文中，我们给出了一个明确的推导出的热流的发动机与适当的假设超出了线性响应制度。它解决了在线性响应区域中热流定义的混乱。在验证了我们可以构造与循环热机相同的形式之后，我们发现了Landauer-Büttiker形式中的两个有趣的结果：介观热电热机的效率达到卡诺效率当且仅当传输概率在特定能量处是有限的，否则为零;传输概率的么正性保证了热力学第二定律，从而使Benenti等人的理论失效。的论点，在线性响应制度，人们可以获得有限的权力与卡诺效率下的时间反演对称性破缺。这些结果说明了量子力学如何约束热力学。
2015-11-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Attaining Carnot Efficiency with Quantum and Nanoscale Heat Engines
一个热机在一次有限尺寸范围内运行，其中由少量量子粒子组成的系统与热浴和冷浴相互作用，并限于一次测量，提供波动的工作。此外，具有较小波动的发动机产生较少量的确定性工作。因此，热-功转换效率保持远低于卡诺效率。在这里，我们克服了这一限制，并达到卡诺效率在一次有限尺寸制度，其中的发动机允许工作系统同时与两个浴通过半局部热操作和可逆地操作在一个步骤的循环。这些发动机在功提取效率方面优于先前考虑的发动机，甚至能够通过专门利用系统间的相关性将热转换为功。我们提出了量子热机的资源理论来证明这一结果。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech math-ph
