A microscopic theory of Curzon-Ahlborn heat engine
Curzon-Ahlborn（CA）效率是内可逆卡诺热机最大功率时的效率，它对有限时间热力学有重要影响。然而，CA引擎模型基于许多假设。在过去的几十年里，虽然做了大量的努力，但仍然缺乏一个CA发动机的微观理论。采用能量随机微分方程的方法，建立了一类非简谐势中欠阻尼布朗粒子实现CA发动机的微观理论。这一理论对Curzon和Ahlborn的所有假设都作了微观解释，从而为CA机的研究奠定了坚实的基础。在此基础上，我们得到了布朗CA引擎的功率和效率统计的解析表达式。我们的研究为有限时间内具有涨落特征的微观热机的实验研究带来了新的视角。
2021-10-13 cond-mat.stat-mech
Irreversible thermodynamic analysis and application for molecular heat engines
本文的目的是确定分子发动机的损失功，并与宏观（经典）热机的结果进行比较。首先，回顾了宏观循环和分子循环的不可逆热力学。第二，对自旋为-1/2的量子热机系统进行了不可逆热力学研究。最后，确定了所考虑系统的损失功，结果表明，宏观和分子热机服从相同的限制。此外，量子热力学的方法建议，以解释以前得到的结果从原子的观点。
2017-06-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum-Enhanced Heat Engine Based on Superabsorption
我们提出了一个量子纠缠增强的热机。我们的方案的关键特征是超吸收，这有助于增强纠缠量子比特的能量吸收。而传统的引擎与$N$可分离的量子位提供功率与$P = Θ(N)$的缩放，我们的引擎使用超吸收提供功率与$P = Θ(N^2)$的量子缩放。这种量子热机也表现出比经典的$N$粒子朗之万系统组成的缩放优势。我们的工作阐明了量子性能的增强。
2022-05-31 cond-mat.stat-mech quant-ph
The invariant-based shortcut to adiabaticity for qubit heat engine operates under quantum Otto cycle
在本文中，我们研究的作用和相关性的成本为基础的快捷方式绝热使量子位热机运行在量子奥托循环。我们考虑一个量子位热机与朗道-齐纳哈密顿和改善其性能使用刘易斯-Riesenfeld不变量为基础的捷径绝热方法。针对成本对提高性能的重要性，本文探讨了成本与热机的功和效率的关系。我们分析了热机循环中非绝热幺正过程的成本随时间的变化。还讨论了获得量子位热机的准静态性能所需的成本。我们发现，由于非绝热性的发动机的效率损失可以恢复使用快捷的方法，它甚至有可能在有限的时间内，以较高的成本获得准静态性能。
2022-03-11 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental demonstration of quantum effects in the operation of microscopic heat engines
热机是从热源中提取有用功的机器，是经典热力学的基本理论结构和基本应用之一。热机的经典描述不包括其微观自由度的相干性。相比之下，量子热机的内部状态可能具有相干性。虽然卡诺效率不能被超越，并且相干性在某些条件下可能会降低性能，但最近预测，即使仅使用热资源，内部相干性也可以使量子热机能够产生比使用相同资源的任何经典热机更多的功率。因此，这种功率提升构成了量子热力学特征。它也已被证明，相干的存在下的结果在热力学等效的不同的量子热机类型，没有经典的对应效果。最近已经用捕获的离子实现了微观热机，并且已经提出了使用超导电路和光学机械的热机的建议。然而，当使用标准热浴操作时，迄今为止实现的机器在其热力学量中没有表现出任何固有的量子特征。在这里，我们实现了两种类型的量子热机通过使用金刚石中的氮空位中心的系综，并实验证明了相干功率提升和不同的热机类型的等效性。这是第一次在热机中观察到量子热力学特征。
2018-01-05 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph quant-ph
Geometric characterization for cyclic heat engines far from equilibrium
该研究针对远离平衡的循环热机，通过几何长度与时间尺度建立功率-效率权衡关系，给出功率的几何上界，提供了适用于经典和量子热机的性能几何表征方法。
2024-04-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Two-stroke Quantum Measurement Heat Engine
我们提出并分析了一个二冲程量子热机的理论模型，其中一个热浴被非选择性量子测量取代。我们表明，发动机的不变的参考状态取决于是否通过诊断测量周期监测或不监测，以确定发动机的工作输出。我们详细探讨了监测和未监测的情况下，建议的热机的平均输出功率和波动。我们还确定了单一的工作冲程，不变状态可以支持coherencies在能量基础上导致不同的预测，平均能量变化在单一的工作冲程和平均工作从标准的两个投影测量方法。
2022-01-17 cond-mat.stat-mech quant-ph
Quantum jump approach to microscopic heat engines
现代技术很快就可以通过计算工作系统发射和吸收的光子来研究量子热机的运行周期。使用量子跳跃方法的开放系统动力学，我们表明，这样的实验将提供一组可观测值，确定在有限时间发动机循环的功率和效率之间的权衡。通过分析热产生和熵产生等热力学通量的单跳统计量，得到了一族关于微观热机功率的一般界。我们的新边界统一了两个早期的结果，并承认一个透明的物理解释单光子测量。此外，这些界限证实，驱动诱导的相干性导致耗散的增加，抑制了慢驱动的量子引擎在弱耦合制度的效率。基于超导量子比特的纳米级热机是一个实验相关的例子，也是我们理论发展的指导范式。
2020-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Coherence induced work in quantum heat engines with Larmor precession
通过将热量和功分为传统的对角部分和依赖于Hamiltonian的叠加和时间导数的另一部分，可以观察到量子相干性对非平衡热力学的影响。专门针对拉莫尔进动的精确可解动力学，我们建立了一个量子奥托热机采用磁驱动的原子旋转。当控制协议是时变的时，由种群转移引起的一致性保证了正的功输出。量子热机的含时控制实现了微观热机的经典绝热定理和量子绝热定理之间的对应。
2020-04-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency at maximum $\dotΩ$ figure of merit of a spin half quantum heat engine in the presence of external magnetic field
本文研究外磁场下以自旋半粒子为工质的有限时间量子热机，发现其在最大$\dotΩ$品质因数下的效率可超过已知界限并接近卡诺效率，表明粒子布居数的集体量子效应能显著提升热机性能。
2023-12-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
Experimental Realization of a Minimal Microscopic Heat Engine
微型热机是将热源之间的能量流转换为功或系统运动的微型系统。我们已经在实验上实现了一个最小的微观热机。它是由一个被光学捕获在椭圆势阱中的胶体布朗粒子组成，并同时耦合到两个沿垂直方向作用的不同温度的热浴中。对于浴槽和电势的主方向的一般布置，系统的对称性被破坏，使得热流驱动粒子围绕电势最小值的系统回转运动。使用实验测得的轨迹，我们量化的粒子的回转运动，产生的扭矩，它施加在潜在的，和相关的热流之间的热浴。我们发现实验结果和理论预测之间非常吻合。
2017-08-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficiency of heat engines coupled to nonequilibrium reservoirs
我们考虑量子热机之间的非平衡稳态水库。我们评估他们的最大效率从积极的熵产生，并表明它可以表示在一个有效的温度，取决于水库的性质。我们进一步计算了不同类型工程水库在最大功率下的效率，并推导出第二定律克劳修斯陈述的非平衡推广。
2014-01-22 cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency large deviation function of quantum heat engines
小型热机的效率通常是一个波动的量。本文研究了谐振子和二能级奥托循环两种典型量子热机的效率大偏差函数。虽然效率统计遵循Verley et al. [Nature Commun. 5，4721（2014）]对于非绝热驱动，我们发现后一种框架不适用于绝热区域。我们将这一不寻常的性质与一般发生在广泛的一类标度不变的绝热量子奥托热机和抑制热以及量子波动的工作输出和热输入之间的完美关系。
2020-08-04 cond-mat.stat-mech quant-ph
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
Topological and Finite Size Effects in a Kitaev Chain Heat Engine
研究了奥托循环中具有有限长Kitaev链的热机。采用Hill纳米热力学方法和温度依赖能级方法，考虑了有限尺寸效应。我们区分了对Kitaev链发动机效率和输出功的体积贡献和边界贡献，并将它们分别识别为非奥托热机和制冷机循环。指出了与整体和整体系统相关联的单独运行奥托发动机循环以及在边界处的奥托制冷机的可能性。发现拓扑相的临界点与整体和整体奥托发动机的效率和输出功的极值点重合。
2019-08-07 cond-mat.stat-mech quant-ph
Many-body quantum heat engines with shortcuts to adiabaticity
量子热机是用量子力学工质的热力学循环来模拟的。由于高发动机效率需要绝热性，一个主要的挑战是在有限的循环时间内产生非零功率输出。使用反绝热（CD）驱动的绝热性的捷径可以作为加速这种无限长的循环的手段。我们介绍了多体自旋量子热机的局部近似CD协议，并表明这种方法大大提高了有限循环时间的效率和功率。该协议不需要系统本征态的先验知识，因此在实验中是现实的。
2020-05-12 cond-mat.stat-mech quant-ph
Adaptive heat engine
许多热机的主要限制在于，它们的运行需要在线控制，和/或环境参数（例如热浴的温度）与发动机的内部参数之间的外部配合。我们研究了一个自适应热机模型，其中-由于反馈的功能部分-发动机的结构适应给定的热浴。因此，不需要在线控制和外部配件。发动机可以使用未知的资源，它也可以适应自己的功能，使浴温度接近的结果。我们确定适应的热力学成本，并将它们与有关环境的先验信息联系起来。我们还讨论了适应所必需的结构-功能相互作用的信息约束。
2016-03-19 cond-mat.stat-mech quant-ph
Microscopic expression for the heat in the adiabatic basis
本文导出了封闭哈密顿系统中任意含时过程密度矩阵$ρ_{nn}(t)$在绝热基下的瞬时对角元的微观表达式。如果初始密度矩阵是平稳的（对角的），则该表达式仅包含演化算子的矩阵元素的绝对值的平方，其可以被解释为转移概率。然后，我们推导出的热量定义为由于瞬时能级之间的过渡所产生的能量的微观表达式。如果初始密度矩阵是被动的（与$ρ_{nn}(0)$的对角线随能量单调递减），那么热量是非负的，与热力学的基本预期一致。我们的研究结果也可用于系统的各种观测量的绝热极限附近的扩展。
2008-10-22 cond-mat.stat-mech
Performance of quantum heat engines via adiabatic deformation of potential
提出了一个由两个等容冲程和两个绝热冲程组成的量子奥托发动机模型，其中绝热膨胀或压缩是通过热力学改变势的形状来实现的.在这里，我们表明，这样的绝热变形可能会改变操作模式，并通过增加输出功和效率，提高机器的性能，甚至具有降低工作波动的优点。通过优化控制参数，使热机在最大功率下运行，效率表现出一定的普适性。
2022-02-14 cond-mat.stat-mech quant-ph
Microscopic low-dissipation heat engine via shortcuts to adiabaticity and shortcuts to isothermality
通过在含时谐振势中驱动布朗粒子，建立了一个低耗散发动机的微观模型。引入绝热性捷径和等温性捷径，分别实现热力学循环中的绝热分支和等温分支。推导了这种发动机最大功率时效率的解析表达式。该表达式满足最大功率下效率的普遍规律，直到卡诺效率的二阶。本文还分析了一般低耗散发动机在任意效率下的功率问题，分别得到了三种极限情况下功率的上确界。
2022-06-06 cond-mat.stat-mech
Microscopic explanation of non-Debye relaxation for heat transfer
我们对Gall和Kutner最近报道的德拜和非德拜热化过程给出了微观解释（Physica A 352，347（2005））。由于减少的问题，第一次通过现象，我们认为，松弛函数f（t）的作者介绍直接对应的生存概率S（t）的粒子在所考虑的系统。我们证明了在破坏遍历性的情况下（即在镜像碰撞的情况下），生存概率按幂律S（t）=τ/t衰减。
2005-10-13 cond-mat.stat-mech
Unified geometric formalism for dissipation and its fluctuations in finite-time microscopic heat engines
Zhejiang University（浙江大学）；The University of Tokyo（东京大学）；Gifu University（岐阜大学）
本文提出统一几何框架，描述有限时间热机中耗散及其波动，通过平衡相关函数构建度量张量，为耗散及其波动提供共同几何结构，并推导出耗散可用性的均值和方差的几何界限。
2026-10-28 cond-mat.stat-mech
On microscopic entropy production, heat and fluctuation theorem
我们证明了吉布斯-香农熵适用于任何大小和边界条件的非平衡系统。微观熵的变化可以归因于动力学过程的随机性和热力学系统固有的不确定性。后者预测，熵产生是非负的平均和不同的轨迹根据涨落定理。相比之下，热量与粒子运动的随机过程有关，所有可能轨迹的系综平均导致克劳修斯不等式。Jarzynski/Crooks方程可以很容易地通过应用涨落定理在连接平衡态的不同轨迹上的热变化而导出。
2020-10-12 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Hidden symmetries and nonlinear constitutive relations for tight-coupling heat engines
典型的热机表现出一种同构性：循环热机与其两个热源之间的热交换遵循相同的函数类型;自主式热机的正向和反向流动也遵循相同的函数类型。这种同型性在数学上反映在热机的隐藏对称性的存在上。循环热机与其两个热源之间的热交换在宇称反转和时间反转操作的联合变换下是双重的。类似地，在宇称反转下，自主热机中的前向流和后向流也是对偶的。考虑到这些隐藏的对称性，我们分别推导出紧耦合循环热机和紧耦合自主热机的二次非线性本构关系。
2015-01-20 cond-mat.stat-mech
Ergodicity breaking and restoration in models of heat transport with microscopic reversibility
本文解析研究具微观可逆性的晶格热输运模型，探讨遍历性破缺条件，发现除特定系统-热浴相互作用外，系统接触热浴时遍历性恢复，额外守恒量在非平衡态起作用，并与部分介观系统行为作比较。
2025-02-14 cond-mat.stat-mech
Realization of a coupled-mode heat engine with cavity-mediated nanoresonators
本文报道了一个在双膜中间腔光机系统中的耦合模热机的实验演示。利用腔介导的强耦合纳米谐振器的简正模作为工作介质，通过在两个声子热库之间提取功来实现奥托循环。热机性能的特点是在正常模式和裸模式图片，这表明，在热力学循环中的两个膜的相关性起着重要的作用。此外，直双纳米机械发动机是通过工程的正常模式和操作两个气缸异相。我们的研究结果表明，在腔光机系统中的第一次基本类的热机，并提供了一个新的平台，研究热机的相互作用的子系统在小尺度的可控性和可扩展性。
2021-10-25 cond-mat.stat-mech physics.optics quant-ph
Microscopic thermal machines using run-and-tumble particles
在过去的二十年里，尺寸约为几百纳米的微型热机一直是深入研究的主题。最近，它已被证明，这种热机的效率可以提高通过使用活性奥恩斯坦-乌伦贝克粒子（AOUP）。在这项工作中，我们数值研究的行为，使用一个积极的运行和翻滚粒子（RTP）作为工作系统的微型发动机和冰箱。我们发现，发动机模式的结果与使用AOUP的发动机的结果形成鲜明对比，从而表明，活动的性质对非平衡循环的热机的定性行为有很强的影响。使用运行和翻滚粒子的发动机的效率被发现是一般小于被动的微观发动机。然而，当所应用的协议是时间反转的，所得到的微型冰箱可以在这些条件下具有高得多的性能系数。不同参数的性能系数的变化的影响进行了探讨。性能系数随主动力的变化呈非单调变化。
2021-12-02 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
Enhancing the power of a quantum heat engine via control of the system--reservoir coupling
RPTU University Kaiserslautern-Landau（凯泽斯劳滕-兰道莱布尼茨技术大学）；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究以超冷Cs-133原子量子奥托热机为对象，通过调控耦合的超冷Rb-87原子库温度改变散射速率，实现系统-库热传递的微观控制，在固定效率下优化了热机功率输出，为纳米热流操控提供了工具。
2026-08-13 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech quant-ph
Energetics of a Microscopic Feynman Ratchet
本文为微观费曼棘轮建立了统一的动力学与能量学形式体系，通过热力学力级数展开给出功和热流及非线性响应系数的解析表达式，推广了手性热泵中的已有结果。
2022-10-26 cond-mat.stat-mech
Abstract models for heat engines
回顾了热机的三种抽象模型，包括热物理教科书中的经典抽象模型、有限时间热机的初级抽象模型和有限时间热机的精细抽象模型。有限时间热力学文献中热机的详细模型可以映射为精化的抽象模型。最后展望了基于精化抽象模型的未来发展。
2020-10-12 cond-mat.stat-mech
Energetics and performance of a microscopic heat engine based on exact calculations of work and heat distributions
我们研究了一种基于外控二能级系统的微电机。电机的一个运行周期由两个冲程组成。在每个冲程内，两级系统与给定的热浴接触，并且其能级以恒定速率驱动。两个态的占据几率随时间的演化由一个速率方程控制，代表了系统对外界驱动的响应。我们给出了极限环速率方程的精确解，并讨论了新兴的热力学：对环境所做的工作，与浴的热交换，熵产生，电机的效率和功率输出。此外，我们引入了一个增广的随机过程，它反映了在给定的时间，两个国家的占领概率和在以前的演变过程中花费在各个国家的时间。增广过程的演化算子的精确计算使我们能够详细讨论极限环期间所作功的概率密度。在强不可逆的制度，密度表现出重要的质的差异，相对于更常见的高斯形状在弱不可逆的制度。
2009-12-10 cond-mat.stat-mech
Irreversible efficiency and Carnot theorem for heat engines operating with multiple heat baths in linear response regime
卡诺定理是热力学第二定律的一种表述，它为在两个热浴之间运行的热机的效率设定了一个基本的上限。卡诺定理可以用更一般化的形式来表述，用于在多个热浴中操作的热机，其中最大效率是在两个热浴之间准静态地操作的可逆热机实现的。在这项研究中，我们确定了热机的不可逆效率与多个热浴在线性响应制度，即，在小的温差和控制参数的缓慢变化下，通过量化不可逆操作的耗散的影响。由于所得结果是基于线性响应理论的普遍框架中的线性响应关系和涨落耗散定理，因而对线性响应区的不可逆热机具有广泛的适用性。
2022-06-02 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
Effect of finite-size heat source's heat capacity on the efficiency of heat engine
用于输出有用功的热机具有重要的实际意义，它一般在无限大的恒温热浴之间运行。本文研究了在两个具有初始温差的有限热源之间运行的热机的效率。由于热源的热容量有限，这种热机的总输出功是有限的。研究了准静态极限下不同热源热容特性对热机最大做功效率的影响。此外，我们还研究了有限时间内发动机的效率，发现效率遵循$η=η_{\mathrm{C}}/4+O\left(η_{\mathrm{C}}^{2}\right)$的简单普适性。值得注意的是，当热源的热容为负时，如黑洞，我们表明，热机效率在操作过程中可以超过卡诺效率所确定的热源的初始温度。进一步论证了初始温差为零的两个黑洞之间的热机可以由能量涨落驱动。证明了相应的EMW为$μ=\left(2-\sqrt{2}\right)/2\approx0.29$，它是S. W.霍金
2019-10-30 cond-mat.stat-mech gr-qc physics.class-ph
Work Output and Efficiency at Maximum Power of Linear Irreversible Heat Engines Operating with a Finite-Sized Heat Source
我们制定的线性不可逆热机之间的有限大小的热热源和无限大小的冷热源工作，直到整个系统达到最终的热平衡状态与均匀的温度的功输出和效率。证明了在紧耦合条件下，当热机以最大功率工作时，无热漏时，输出功仅为（火用）的一半，即从热源中提取的最大可用功。因此，相应的效率也是其准静态对应物的一半。
2014-05-02 cond-mat.stat-mech
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
Entropic anomaly and maximal efficiency of microscopic heat engines
考虑了热非均匀环境中微观热机的效率。我们表明，作为最近发现的熵异常的后果，准静态发动机，其效率是最大的流体在均匀的温度下，实际上消失的效率存在的温度梯度。对于慢循环，效率随着周期的倒数而下降。在循环周期的有限值处达到最大效率，该循环周期与梯度强度的平方根成反比。相对于热均匀情况，最大效率的相对损失随梯度的平方根而增长。作为这些一般结果的说明，我们构建了一个明确的，分析可解的例子卡诺随机引擎。在这个思想实验中，一个布朗粒子被一个谐波陷阱限制，并浸没在具有线性温度分布的流体中。这个例子可以作为设计真实实验的模板，在这些实验中可以测量熵异常的影响。
2012-12-07 cond-mat.stat-mech
Coherence enhanced quantum-dot heat engine
我们表明，量子相干性可以提高性能的连续量子热机在Lindblad描述。研究了由简并双量子点耦合到两个热浴中构成的粒子交换量子热机的稳态解，其中由于弛豫通道之间的干涉可能导致量子相干性.我们发现，当量子点和两个池之间的耦合构型的对称性被破坏时，非线性响应区域的相干性可以提高发动机的功率。在对称的情况下，相干性不能保持在稳态，除了最大干涉简并的情况下，初始条件依赖的多个稳态出现与暗态。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Efficiency of a microscopic heat engine subjected to stochastic resetting
本文研究随机重置对 Brownian 微观热机热力学的影响，发现重置到势阱最低点可提升效率，但输出功随重置速率非单调变化，并讨论了重置点偏移与实验实现。
2024-01-23 cond-mat.stat-mech
On the Conversion of Work into Heat: Microscopic Models and Macroscopic Equations
本文研究钉扎谐振链在随机速度翻转与周期力作用下的功热转换，推导出流体动力学极限下温度分布的热方程，并扩展到高维、非钉扎及非谐情形。
2023-05-16 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Attainability of maximum work and the reversible efficiency from minimally nonlinear irreversible heat engines
我们使用不可逆热力学的一般公式和研究的最小非线性不可逆模型的热机之间运行的时变热热源的有限大小和冷热源的无限大小。在紧耦合条件下，即系统与热源之间无热漏的条件下，得到了最小非线性不可逆热机的最优效率达到可逆效率的判据。假定热库向冷库的传热速率服从傅立叶定律，讨论了在有限时间内有限功率下获得可逆效率的物理条件。在非紧耦合条件下，计算了最小非线性不可逆热机的最大功率效率。
2018-11-26 cond-mat.stat-mech
Single ion heat engine with maximum efficiency at maximum power
提出了一种单离子纳米热机的实验方案。奥托循环可以通过将离子限制在具有锥形几何形状的线性保罗阱中并将其耦合到工程化的激光储存器来实现。最大功率下的量子效率在不同的制度解析确定。此外，蒙特卡罗模拟的发动机进行，证明其可行性和它的能力，在现实条件下的最大效率为30%。
2012-05-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Information Arbitrage in Bipartite Heat Engines
研究二部热机与信息引擎的等价性，证明二部热机需作为信息引擎才能输出净功，而信息引擎需作为热机才能提取超额功，为纳米机器设计提供原则。
2024-04-04 cond-mat.stat-mech
Quantum heat engines with multiferroic working substance
本文综述了量子热力学和量子热机领域的最新进展。一个特别强调的是把有限时间量子周期和绝热捷径的可能性。我们详细讨论了特定的量子热机与多铁性工作物质。
2017-03-02 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
Optimizations of Multilevel Quantum Heat Engine with N Noninteracting Fermions Based on Lenoir Cycle
本文研究了在由多层无限深势方阱中的$N$非相互作用费米子组成的量子动力学场中的热机优化问题。费米子作为发动机的工作物质，每个粒子嵌套在不同的能量水平上。通过对量子热机模型的物理参数分析，导出了热机模型的最优性质，对量子热机模型进行了优化。我们研究的模型由一个高能热浴和一个低能沉浴组成。在这两个热源之间发生热漏，将使量子热机模型的效率退化。随着漏热常数的增大，退化程度增大。我们还获得了无量纲功率与发动机效率的循环曲线，其中效率明显受到热泄漏的影响，但与功率输出相反。从曲线上可以看出，随着压缩比的提高，有泄漏的发动机的效率将回到零。最后，我们检查了具有不同水平热漏的每个模型的克劳修斯关系。我们发现，泄漏的模型有一个可逆的过程，对特定的压缩比的每一个变化的热泄漏。然而，由于可逆点之后的$\oint dQ/E>0$，即违反克劳修斯关系，压缩比具有限制。
2022-02-20 cond-mat.stat-mech
Heat can flow from cold to hot in Microcanonical Thermodynamics of finite systems and the microscopic origin of phase transitions
热力学允许统计力学应用于有限甚至小系统。由于表面效应不能按比例缩小，因此必须小心将系统一分为二或使两个系统通过能量或粒子交换进行热接触的标准论点：不仅必须考虑熵的体积部分。任何其他宏观约束的添加，如分割表面，或能量/粒子梯度的强制执行，都会降低熵。如这里将示出的，当在负热容量的区域中去除这种约束时，系统甚至可以在热流下相对于温度斜率松弛。因此，克劳修斯第二定律的表述：“热总是从热流向冷”可以被违反。然而，第二定律仍然得到满足，总玻尔兹曼熵在上升。在最后一章中，我们讨论了导致相分离时微正则熵凸性的一般微观机制。这是解释的液体-气体和固体-液体的转变。
2003-07-16 cond-mat.stat-mech nucl-th
Gaussian white noise as a resource for microscopic engines
我们发现，不相关的高斯噪声，尽管它的范例协会与热平衡，可以驱动系统的平衡，可以作为一种资源，从中可以提取的工作。我们考虑一个过阻尼粒子在一个周期性的潜力与内部自由度和状态依赖的摩擦，耦合到一个平衡浴。应用额外的高斯白噪声驱动系统进入非平衡稳态，并导致有限的电流，如果电位是空间不对称的。我们在三个互补极限中明确地计算电流。由于粒子电流仅由加性高斯白噪声驱动，这表明后者可以作为一种工作资源来驱动小型发动机。通过比较所提取的功率与由于噪声而注入的能量，我们找到了这种发动机的效率的表达式。
2016-09-30 cond-mat.stat-mech
The Brownian gyrator: a minimal heat engine on the nano-scale
一个布朗粒子移动的影响下，从两个不同的热浴的耗散和热噪声的通用潜在的最小值附近被示出作为一个最小的热机，产生一个系统的扭矩到物理对象的潜在的起源和相反的扭矩到介质产生的耗散。
2007-10-19 cond-mat.stat-mech
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
Optimization of a class of heat engines with explicit solution
分析了一类由半直线（$0<x<+\infty$）中定义的含时势循环驱动的随机热机。对于这样的发动机，它们的大部分物理量都可以显式地获得，包括热机的熵和内能，以及在有限时间间隔内输出的功（功率）和与环境的热交换。提出了一种基于外势的优化方法，以减少{ \it不可逆}功，提高能量效率。在此基础上，计算了效率$η^*$及其在最大功率下的具体值$η^*_{\rm EMP}$，并作了简要讨论。
2020-02-15 cond-mat.stat-mech
Exactly solvable model of a passive Brownian heat engine and its comparison with active engines
我们使用不同的单粒子随机模型对被动和主动微型热机进行了广泛的分析。利用随机热力学，我们计算了被动和主动布朗热机的热力学功，热量，熵产生和效率的解析以及数值和比较他们。我们运行的热机的协议，平均热力学量计算精确的任意周期时间。我们还讨论了组的协议，可以做精确的非准静态计算，完全在被动发动机的情况下，部分在主动发动机。我们得到详细的非准静态（即强大的）单粒子微型热机的热力学。结果的准静态（即零功率）极限是通过长（无限）周期时间获得的。我们还研究了被动和主动发动机中受限粒子的位置分布。我们比较他们的特性的参数，测量在粒子的位置（由于主动噪声）和谐波约束的主动持久性之间的竞争。我们还计算了多余的峰度，以衡量这些分布的非高斯性。我们的分析表明，这种热机的效率可以提高或降低，这取决于模型中存在的活动。
2022-06-19 cond-mat.stat-mech
Microscopic Derivation of an Isothermal Thermodynamic Transformation
我们得到宏观等温热力学变换的微观哈密顿动力学与热浴接触的时空标度。微观动力学是由一个链的非谐振子受到不同的张力（外力）和接触的热浴是由独立的朗之万动力学作用于每个粒子建模。经过扩散的时空标度和交叉颗粒化，体积的轮廓收敛到确定性扩散方程的解，边界条件由施加的张力给出。这定义了从初始平衡到由所施加的最终张力给出的新平衡的不可逆热力学转变。准静态可逆等温变换，然后得到进一步的时间标度。热量被定义为系统和热浴之间交换的能量的总通量。证明了极限热、功、自由能和热力学熵之间的关系符合热力学第一、第二原理。
2013-10-02 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
