Dissipation anomaly in gradient-driven nonequilibrium steady states
本文通过波动流体动力学展示了梯度驱动非平衡稳态中存在耗散异常，揭示了非湍流条件下耗散异常的产生机制及热噪声与非平衡驱动的相互作用。
2025-11-22 cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Nonequilibrium fluctuation-dissipation theorem and heat production
我们使用非平衡系统中的响应和关联函数之间的关系来建立热产生和偏离平衡涨落耗散定理之间的联系。该方案扩展了Harada-Sasa公式[Phys. Rev. Lett. 95，130602（2005）]，对于稳态的朗之万方程获得，因为它也适用于瞬态状态和涉及小熵变化的离散跳跃过程。此外，一般的配方包括两个时间和两个时间的工作，动能的新概念，和两个时间的热交换，可以涉及到一个非平衡的“有效温度”。一个链的非谐振子和ATP水解驱动的分子马达模型的数值模拟说明了这些点。
2014-03-20 cond-mat.stat-mech
Structures of nonequilibrium fluctuations: dissipation and activity
我们讨论了非平衡统计力学的两个重要领域：涨落耗散关系和动力学涨落。在平衡系统中，涨落耗散定理给出了观测量对扰动的响应与未扰动系统中的关联函数之间的简单关系。我们在这里的贡献是一个调查的形式的系统的响应函数的平衡。此外，我们使用大偏差理论来研究系统的动力学波动的平衡。在动力学涨落理论中，我们考虑两种可观测量：占位（描述系统在每种组态中所花费的时间）和电流（描述系统组态的变化）。我们解释了如何计算大偏差的速率函数，以及控制它们的形式的物理量是什么。
2010-11-18 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Josephson oscillations in Bose-Einstein condensates without dissipation
我们对有限尺寸双阱中相互作用的玻色-爱因斯坦凝聚体之间的非平衡约瑟夫森振荡进行了详细的场论研究。我们发现，约瑟夫森结可以维持多个无阻尼约瑟夫森振荡的特征时间尺度$τ_c$没有准粒子被激发的系统。这可以解释最近的相关实验。在更大的时候，动态的交界处的离散准粒子水平之间的快速拉比振荡。我们预测，自陷BEC态将被这些拉比振荡破坏。
2009-09-15 cond-mat.other cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium quantum criticality in open systems: The dissipation rate as an additional indispensable scaling variable
我们提出，在零温度和有限温度下的开放系统中的非平衡量子临界性可以用Lindblad形式的主方程来描述。我们从一个耦合微观到热浴的系统中推导出这个方程。在推广Hohenberg和Halperin的经典临界动力学分类的基础上，我们将其命名为Q模型。我们发现，为了正确描述非平衡态量子临界行为，方程中的耗散率必须作为不可缺少的附加标度变量包含在标度形式中。然而，平衡不动点决定了弱耦合极限下的非平衡临界行为。通过数值求解量子伊辛链的林德布拉德方程，我们用耗散率的有限时间标度形式证明了这些命题。发现了耗散开放系统在零温量子临界点附近的自发发射的非平衡动力学临界行为，并用标度形式进行了很好的描述。因此，模型Q提供了一个一般的方法来研究量子临界行为的系统本身，通过其弱耦合到环境。
2013-10-17 cond-mat.stat-mech
Information Entropy and Dissipation Potential in Stochastic Nambu Nonequilibrium Thermodynamics
该研究揭示随机Nambu非平衡热力学中耗散势作为稳态准势而非香农熵，并推导了稳态分布、Massieu解释及涨落协方差。
2026-10-06 cond-mat.stat-mech
Reversibility, heat dissipation and the importance of the thermal environment in stochastic models of nonequilibrium steady states
我们研究随机过程，用于模拟非平衡过程（例如，拉RNA或拖动胶体），所以故意违反细致平衡。我们认为，通过结合信息论的不可逆性与非平衡功定理的措施，抽象动力学所隐含的热物理可以确定。这个度量在热力学熵的产生上是有界的，因此可以量化随机动力学对现实的建模程度。我们还使用我们的研究结果来批判各种建模方法和稳态热力学中出现的概念。
2007-11-12 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Steady State of Photoexcited Correlated Electrons in the Presence of Dissipation
提出了一个确定有耗散的强关联电子系统非平衡稳态的框架。这是证明了一个相关电子（Falicov-Kimball）模型连接到一个热浴和强泵浦光照射，其中的精确解与Floquet方法结合非平衡动力学平均场论得到。在最近的泵浦-探测实验中观察到的一个类似德鲁德的峰指示photopolization的顶部，新的非平衡现象被预测出现，其中的光学电导率表现出下降和扭结结构周围的泵浦光的频率，所产生的光诱导Floquet子带的midgap吸收，和负衰减（增益）由于人口反转。
2009-08-01 cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Violation of the second fluctuation-dissipation relation and entropy production in nonequilibrium medium
研究了一类满足局部细致平衡的非平衡介质的朗之万动力学方程。对于浸入介质中的探针的有效动力学，我们推导出一个不等式，该不等式限制了第二波动耗散关系（FDR）的违反。我们还讨论了有效动力学的有效性。特别是，我们表明，从非平衡线性响应理论得到的有效动力学是一致的，从奇异摄动方法。作为这些结果的一个例子，我们提出了一个简单的非平衡介质模型，其中的粒子受到开关随机电位。对于这个模型，我们表明，第二个FDR是恢复在快速切换限制，虽然粒子是平衡。
2022-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal discrete control: minimizing dissipation in discretely driven nonequilibrium systems
微观机器利用自由能来创造和维持几乎所有生物的非平衡组织。这通常采取的形式是通过一系列涉及小分子结合、化学催化和解结合的反应，将储存在非平衡化学电势差中的自由能转化为有用功。这样的化学反应发生的时间比它们诱导的蛋白质构象重排快得多。在这里，我们通过一系列这样的有效的瞬时（因此离散）扰动，推导出驱动系统脱离平衡的能量成本。这种分析显着概括了以前建立的结果，并提供了深入了解定性，以及定量方面的有限时间，最小耗散离散控制协议。我们比较我们的理论形式主义，一个完全可解的模型系统，也证明了耗散减少可实现在一个简单的多稳态模型的离散驱动的分子机。
2019-05-10 cond-mat.stat-mech
How dissipation constrains fluctuations in nonequilibrium liquids: Diffusion, structure and biased interactions
由非保守力驱动的非平衡液体的动力学和结构，可以是外部的或内部的，通常具有恒温器中能量净耗散的特征。然而，由于驱动和粒子相互作用之间的复杂相互作用，在多体系统中，精确地解开耗散如何改变集体效应仍然具有挑战性。首先，我们结合显式粗粒化和随机微积分得到简单的非平衡液体中的扩散，密度相关性和耗散之间的关系。基于这些结果，我们考虑大偏差偏置合奏轨迹模仿外部驱动器的效果。偏置函数的选择是由第一部分中导出的耗散和结构之间的联系所告知的。使用分析和计算技术，我们表明，偏置轨迹有效地重新规范化的相互作用，在一个可控的方式，从而提供了直观的驱动力如何导致空间组织和集体动态。总之，我们的研究结果表明，调谐耗散如何提供了一条路线，以改变液体和软材料的结构和动力学。
2019-10-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Scaling of Energy Dissipation in Nonequilibrium Reaction Networks
非平衡反应系统中的能量耗散速率可以由底层反应网络中的反应速率决定。通过在状态空间中发展一个粗粒化过程和相应的反应速率重整化过程，我们发现在粗粒化状态下，能量耗散速率与微观态的数目呈幂律反比关系.耗散标度律要求底层网络具有自相似性，标度指数取决于网络结构和通量相关性。讨论了这种逆耗散标度律对微管驱动蛋白混合物等主动流动系统的影响。
2020-07-15 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Stochastic paths controlling speed and dissipation
在接近平衡时，热力学直觉表明，快速的不可逆过程比连接相同初始状态和最终状态的缓慢准静态过程消耗更多的能量和熵。在这里，我们测试的假设，这种速度和耗散之间的关系举行的随机过程远离平衡。为了分析有限时间尺度上的这些过程，我们从主方程的路径求和解中推导出连续时间马尔可夫链的路径概率的精确表达式。应用这个公式的非平衡自组装模型，我们表明，更多的速度可以导致更少的耗散时，有很强的非平衡电流。在该模型中，初始和目标状态的相对能量控制的速度，和位于这些状态之间的一个周期的非平衡电流控制的路径级耗散。这个模型作为一个最小的原型设计动力学造型的非平衡路径空间，使更快的结构形成路径耗散较少。
2021-12-15 cond-mat.stat-mech
Free-Energy Differences from Nonequilibrium Fluctuations in High Dissipation
University of Gothenburg（哥德堡大学）；Science for Life Lab（生命科学与技术实验室）
本文提出名为EquiNET的方法，通过重复测量轨迹涨落确定熵产生或其下界，进而估计自由能差，在高耗散区域等传统方法失效的场景仍能给出准确结果。
2026-08-25 cond-mat.stat-mech
Mathematical foundation of nonequilibrium fluctuation-dissipation theorems for inhomogeneous diffusion processes with unbounded coefficients
非平衡涨落耗散定理（FDTs）是近二十年来随机热力学领域最重要的进展之一。本文利用抛物型偏微分方程的Schauder估计和弱连续半群理论，对具有无界漂移和扩散系数的非齐次扩散过程的两类非平衡FDTs给出了严格的数学证明.本文证明的有限差分法适用于任何形式的非齐次和非线性外扰动。此外，我们证明了共轭可观量的唯一性，并阐明了精确的数学条件和适用范围的两种类型的FDTs。文中还举例说明了本文的主要结果。
2019-08-30 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Heat Dissipation Rate in a Nonequilibrium Viscoelastic Medium
像细胞皮层和组织这样的活的非牛顿物质在多个空间和时间尺度上被驱离平衡。嵌入这种介质中的粒子的随机动力学是非马尔可夫的，由广义朗之万方程给出。由于动力学的非马尔可夫性质，热耗散和熵产生率不能使用马尔可夫过程的标准方法计算。在这项工作中，计算散热，我们使用一个有效的马尔可夫描述的非马尔可夫动力学，其中包括度的自由介质。具体来说，我们计算的熵产生和热耗散率的非牛顿介质中的一个球形胶体的流变学是由一个Maxwell粘弹性元件并联的粘性流体元件，连接到不同的温度浴。这个问题是非平衡的原因有两个：由于不同的有效温度的浴介质是非平衡的，和粒子被驱动的外部随机力的平衡。当介质处于非平衡状态时，粒子的有效非马尔可夫动力学可能导致热耗散和熵产生率为负值。当考虑介质的自由度时，正性被恢复。当介质处于平衡状态，且唯一的非平衡分量是外部驱动时，从粒子的有效描述中获得正确的耗散。
2020-02-21 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluctuation-Dissipation Relation for Open Quantum Systems in Nonequilibrium Steady State
继续我们关于线性和非线性开放量子系统中涨落耗散关系（FDR）的性质和存在性的工作[1-3]，这里我们考虑线性系统处于非平衡稳态（NESS）时的涨落耗散关系。与模型的两个振荡器（被认为是一个短的谐波链的两端），每个连接到一个热浴的不同温度，我们发现，当链是完全放松，由于相互作用与浴，连接噪声内核和虚部的耗散内核的链在一个浴的关系不承担传统形式的FDR在平衡的情况下。存在一个我们称之为“偏置电流”的附加项，它取决于浴槽初始温度和振荡器间耦合强度的差异。我们进一步表明，这一项是有关的两个浴之间的稳定热流时，系统是在NESS。了解内部热交换（在浴和端部振荡器之间）和内部热传递（在链内）的实时发展以及它们对系统中的参数的依赖性的能力为量化控制和量子热机或热设备的设计提供了可能性。
2020-07-02 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Quantum Thermodynamic Uncertainty Relations, Generalized Current Fluctuations and Nonequilibrium Fluctuation-Dissipation Inequalities
热力学不确定性关系（TURs）是我们工具箱中用于处理非平衡系统热力学的少数基础广泛的基本关系之一。TUR的一种形式量化了在确定非平衡电流时达到一定精度的最小能量成本。在我们的研究计划的这个初始阶段，我们的目标是使用线性开放量子系统的微观物理模型提供TURs的量子理论基础，在那里可以获得精确的解决方案。在论文[Dong \textit{et al.}，Entropy { \bf 24}，870（2022）]中，我们证明了在完全非平衡条件下，TURs如何植根于量子不确定原理和涨落耗散不等式（FDI）。在本文中，我们将注意力从量子基础转移到热表现。使用微观模型的浴的光谱密度在量子布朗运动的研究，我们制定了一个“热”FDI的量子非平衡动力学，这是有效的在高温下。这使得我们在这里得到的量子TURs的经典域，因此可以与一些流行形式的TURs。在热能为主的制度，我们的FDIs提供了更好的估计热力学量的不确定性。我们的治疗包括从环境到系统的完全反作用。作为广义电流的一个具体例子，我们研究了进入布朗粒子的能流或功率，并找到了相应的电流-电流关联的精确表达式。在这样做，我们表明，统计性质的浴和因果关系的系统+浴相互作用都进入TURs服从的热力学量。
2022-07-25 cond-mat.stat-mech physics.atom-ph quant-ph
Nonequilibrium Stationary Process and Fluctuation-Dissipation Relations
随机动力学有一个自然的分解为漂移捕捉平均变化率和鞅增量捕捉随机性。它们是两个统计上不相关的，但不一定独立的机制，有助于动态的总体波动，代表过去和未来的不确定性。一个广义的爱因斯坦关系仅仅是因为动力学是平稳的，而格林-久保公式反映了两种机制之间的平衡。具有可逆性的均衡具有一种新的协方差对称性。
2021-06-25 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Nonequilibrium dissipation in living oocytes
生物体本质上是一个不平衡的系统。我们采用随机能量学的新发展，并依赖于一个最小的微观模型来预测这种动态耗散的机械能的量。我们的模型包括复杂的流变效应和非平衡随机力。通过进行活性微流变学和跟踪活卵母细胞的细胞质中的微米大小的囊泡，我们提供了前所未有的测量谱的耗散能量。我们表明，我们的模型与实验数据是完全一致的，我们用它来提供预测的注入和耗散的能量尺度参与积极的波动。
2016-12-22 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Universal tradeoff relation between speed, uncertainty, and dissipation in nonequilibrium stationary states
King’s College London（伦敦国王学院）
该研究推导了非平衡定态中随机流首达时间矩的普适热力学下界，揭示速度、不确定性与耗散的权衡关系，近平衡符合Van't Hoff-Arrhenius定律，远平衡给出速率过程普适速度极限，且熵产生流时界取等号。
2026-08-14 cond-mat.stat-mech
A geometric approach to optimal nonequilibrium control: Minimizing dissipation in nanomagnetic spin systems
纳米磁体的最优控制已经成为自旋电子学领域的一个紧迫问题，因为技术工具接近物理确定的效率极限。在复杂的波动系统中，如纳米磁性比特，找到最佳协议是具有挑战性的，需要有关受控系统动态波动的详细信息。我们提供了一个新的，物理上透明的度量张量的推导，协议的长度与其耗散成正比。这种观点简化了非平衡优化问题的重铸他们在几何语言。然后，我们描述了一种数值方法，几何最小作用方法的一个实例，即使当控制参数的数量很大时，也可以计算测地线。我们将这些方法应用到两种模型的纳米磁性位：一个简单的朗道-Lifshitz-吉尔伯特描述的一个单一的磁自旋控制的两个正交的磁场和二维伊辛模型，其中的字段是空间控制。这些计算揭示了位擦除和反转的非平凡协议，为超低功耗计算提供了重要的，实验可测试的预测。
2016-07-25 cond-mat.stat-mech
Near-optimal protocols in complex nonequilibrium transformations
先进的实验手段来控制纳米系统的发展，促使人们努力设计驱动协议，最大限度地减少能量耗散到环境中。计算模型是应对这一实际挑战的关键工具。我们描述了一个一般的方法采样合奏的有限时间，非平衡协议偏向于一个低的平均耗散。我们表明，该计划可以进行非常有效地在几个限制的情况下。作为一个应用程序，我们采样的合奏低耗散协议，反转磁化的2D伊辛模型，并探讨协议的多样性如何变化的平均耗散的约束。在这个例子中，我们发现有一个大的协议集的平均耗散接近最优值，我们认为这是一个普遍的现象。
2016-09-02 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium steady states in the Floquet-Lindblad systems: van Vleck's high-frequency expansion approach
周期驱动耗散量子系统的非平衡稳态是Floquet工程中的重要问题。我们开发了一个通用的理论与林德布拉德型耗散的高频驱动器的特点和分析NESSs的基础上的高频（HF）扩展与线性代数数值，而不数值求解时间演化。这一理论表明，NESSS可以偏离Floquet-Gibbs状态取决于耗散类型。我们在金刚石氮空位（NV）中心，踢开XY自旋链与拓扑相变下的边界耗散，和海森堡自旋链在圆极化磁场下体耗散的具体模型中的HF-展开方法的有效性和实用性。特别地，对于各向同性海森堡链，我们提出了量子磁体中耗散辅助的太赫兹逆法拉第效应。我们的理论框架适用于各种时间周期林德布拉德方程，目前正在积极研究。
2021-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Fluctuation-Dissipation Theorem in Nonequilibrium Steady States
在平衡状态下，涨落耗散定理（FDT）通过一个变量与另一个变量的关联函数来表达一个可观测量对一个小扰动的响应，该相关函数与关于\emph{energy}的扰动共轭。对于一个非平衡稳态（NESS），相应的FDT涉及的关联函数的变量是共轭相对于\emph{entropy}。通过分裂成一个系统和一个介质的熵产生，它表明，对于一个真正的平衡态的系统的FDT的NESS不同于其平衡形式的添加剂项涉及\emph{total}熵产生。FDT的一个相关的变体，不需要明确的知识的平稳状态是特别有用的耦合朗之万系统。\emph{a priori}令人惊讶的自由显然涉及不同形式的FDT在一个NESS澄清。
2009-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium information erasure below kTln2
朗道原理指出，信息擦除需要散热。兰道尔最初的结果集中在平衡记忆上。在这里，我们调查的信息存储在一个非平衡态的对称两态存储器的复位。我们推导出一个非平衡广义的擦除原理，并证明了相应的界限上的工作和热量可以减少到零。我们进一步介绍复位协议，利用初始准备的能量和熵，使达到这些非平衡界限。最后，我们提供了支持这些研究结果的光学悬浮纳米球存储器的现实参数的数值模拟。我们的研究结果表明，局部耗散无信息重置是可能的远离平衡。
2018-06-04 cond-mat.stat-mech
Analysis of slow transitions between nonequilibrium steady states
非平衡稳态之间的转变服从广义克劳修斯不等式，该不等式在准静态极限下变为等式。对于缓慢但有限的过渡，我们表明，该系统的行为是由一个响应矩阵的元素是由一个远离平衡格林-久保公式，涉及衰减的相关性评估的非平衡稳态。这一结果导致非绝热熵产生的平均值和方差之间的波动耗散关系，$Δs_{\rm na}$。此外，我们的研究结果扩展-非平衡稳态-的热力学度规结构引入Sivak和克鲁克斯分析最小耗散协议之间的过渡平衡态。
2015-07-22 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium steady states in Langevin thermal systems
平衡的特征在于它的基本属性，如细致平衡，波动-耗散关系，没有热耗散。基于随机热力学，我们证明了这三个性质在具有微观可逆性的常规朗之万热系统中是等价的。因此，一个传统的稳态要么具有所有三种性质（平衡），要么没有一种性质（非平衡）。与此相反，与速度相关的力量打破微观可逆性，我们证明了细致平衡和波动耗散关系相互排斥，没有等价关系之间的任何两个属性是可能的。这意味着具有速度依赖力的朗之万系统的稳态可能保持某些平衡性质，但不是所有的平衡性质。我们的结果与几个例子系统说明。
2017-08-16 cond-mat.stat-mech
A Unified Nonequilibrium Framework: Thermodynamic Distance, Dissipation, and Stationary Laws via Effective State Count, Variational Stationarity, and Thermodynamic Bounds
本文提出一个基于有效态计数的非平衡热力学变分框架，定义热力学距离并分解熵产生，导出涨落对称性与热力学界。
2025-09-10 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Fluctuation-Dissipation Theorems for Interacting Quantum Transport
我们研究非平衡（NE）涨落耗散（FD）的背景下，量子热电输运通过一个两端的纳米器件，在稳态和相互作用。导出了单粒子和双粒子关联函数的FD关系。数值应用，使用自洽NE格林函数计算，给出了在中心区域的电子-声子相互作用。我们发现，单粒子关联函数的FD关系对NE条件和相互作用都有很强的依赖性，而两粒子关联函数的FD关系对相互作用的依赖性要小得多.这表明有趣的应用单分子和其他纳米级传输实验：两个粒子的关联函数，从噪声和运输测量，提供有关的化学势和温度的梯度，以及系统的其他属性的信息。
2013-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
The Steady State Fluctuation Relation for the Dissipation Function
本文给出了非平衡系统中熵产生（耗散函数）的瞬态涨落关系的一个证明，它适用于大多数时间可逆动力学。然后，我们考虑的条件下，瞬态波动关系产生的稳态波动关系的驱动非平衡系统的瞬态放松，产生一个独特的非平衡稳态。虽然一个独特的非平衡稳态的生产的必要条件和充分条件是未知的，如果这样的稳定状态存在，从瞬态关系的稳态波动关系的产生是非常普遍的。它本质上是时间可逆性和耗散中相关性衰减的一种形式的结果，这也是需要的，例如，输运系数的存在。由于这种普遍性，由此产生的稳态波动关系与平衡热力学等式具有相同程度的鲁棒性。稳态波动关系的耗散站在一个相空间压缩因子，其收敛性是有问题的，系统接近平衡。我们研究了一些模型的动力学，以前已经考虑过，并显示它们是如何描述在这项工作的背景下。
2007-09-10 cond-mat.stat-mech
Dissipation-driven integrable fermionic systems: from graded Yangians to exact nonequilibrium steady states
使用Lindblad主方程方法，我们研究了开放的可积量子晶格模型的稳态解的结构，驱动远离平衡的非相干粒子水库连接在边界上。我们确定了一类边界耗散过程，它允许导出精确的稳态密度矩阵的形式的分次矩阵乘积算子。所有的解决方案因式分解的真空类似物巴克斯特的Q-运营商实现的非酉表示的某些有限维分次Yangians的子代数。我们提出了一个统一的框架，它允许解决费米模型，并自然采用高阶对称性。这使得能够解释大多数先前发现的解决方案背后的基本代数内容。
2017-08-09 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Nonequilibrium dissipation-free transport in F1-ATPase and the thermodynamic role of asymmetric allosterism
F1-ATP酶（或F1），高效和可逆的生化引擎，激发了物理学家和生物学家想象在波动的世界中控制机器的设计原则。最近的实验已经阐明了F1的另一个有趣的性质;电机内部的耗散热量非常小，与旋转速度和能量传输无关。概念上的兴趣是致力于这样一个事实，即内部耗散的量是不是简单地由序列的平衡图片，但也依赖于旋转角度依赖的核苷酸亲和力，这是一个真正的非平衡方面。我们建议，完全不对称的变构模型（TASAM），其中三磷酸腺苷（ATP）结合到F1被假定为具有低的依赖于旋转轴的角度，产生的结果是最符合实验。理论分析证明了两个时间尺度在模型中的重要作用，从而解释了产生无耗散特性的普遍机制。该模型再现的特征扭矩依赖的旋转速度的F1，并预测，在ATP合成方向旋转的内部耗散变大，在低核苷酸的条件。
2014-03-14 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Information-theoretic bound on the entropy production to maintain a classical nonequilibrium distribution using ancillary control
有许多功能的情况下，它是可取的，以维持一个介观系统在一个非平衡状态。然而，这种控制需要固有的能量耗散。在这篇文章中，我们统一和扩展了一些工作的最小能量成本，以维持一个介观系统在一个规定的非平衡分布，使用辅助控制。对于各种控制机制，我们发现，所需的最小量的能量耗散可以被铸造作为一个信息理论的措施之间的目标非平衡态和基本的平衡分布的可扩展性。这项工作提供了定量的洞察力的直观想法，需要更多的能量来维持一个系统远离平衡。
2017-07-02 cond-mat.stat-mech
Experimental Test of a New Equality: Measuring Heat Dissipation in an Optically Driven Colloidal System
测量非平衡小系统的能量耗散通常是一项困难的工作。最近，Harada和Sasa [Phys.Rev.Lett. 95，130602（2005）]导出了将能量耗散率与由朗之万方程描述的非平衡稳态中的实验可获得的量相关联的等式。在这里，我们展示了在光驱动胶体系统中对这种新关系的第一次实验测试。我们发现这个等式在相当好的程度上得到了验证，因此，一个小系统的不可逆功可以从容易获得的量来估计。
2007-01-06 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium fluctuation-dissipation relations for one- and two-particle correlation functions in steady-state quantum transport
我们研究了稳态下双端纳米器件量子热电输运的非平衡涨落耗散关系。对于由单电子能级组成的中心区模型，导出了单粒子和双粒子关联函数的FD关系。提供了格林函数（单粒子关联）的FD关系的显式表达式。数值计算了电流-电流和电荷-电荷（两粒子）关联的FD关系。我们使用自洽NE格林函数计算处理的系统中存在和不存在的相互作用（电子-声子）在中心区域。我们表明，对于这个模型，没有一个通用的FD定理NE稳定状态。对于每一类不同的问题，有不同的FD关系。我们发现，单粒子关联函数的FD关系对NE条件和相互作用都有很强的依赖性，而电流-电流关联函数的FD关系对相互作用的依赖性要小得多.后一个属性表明有趣的应用单分子和其他纳米级传输实验。
2014-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
Nonequilibrium dynamics and fluctuation-dissipation relation in a sheared fluid
用分子动力学模拟研究了二元Lennard-Jones混合物在简单剪切流中的非平衡动力学行为。研究的温度范围涵盖了液体，过冷和玻璃态，而剪切速率涵盖了线性和非线性的流变学制度。结果可以解释的非平衡，示意模式耦合理论的背景下，最近开发的，这使得该理论适用于广泛的软玻璃材料。首先研究了粘度的行为。在非线性区域，得到强剪切稀化。研究了中间散射函数的标度性质。在这种非平衡状态下，因式分解和时间叠加的标准“模式耦合特性”成立。在剪切流中，波动耗散关系以与理论预测非常相似的方式被违反，允许定义流体的慢模式的有效温度Teff。Teff的温度和剪切速率的依赖性进行了研究，使用密度波动作为一个观察。Teff的可观察的依赖性也进行了研究。许多不同的观测量被发现，导致相同的值Teff，建议几个实验程序来访问Teff。有人提出，大质量的示踪粒子可能起到“有效温度计”的作用。当示踪剂的爱因斯坦频率变得小于流体的弛豫时间的倒数时，非平衡均分定理成立。这最后一个结果提供了强有力的支持Teff的热力学解释，并使它在实验上可以在一个非常直接的方式。
2002-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Quantum Thermodynamic Uncertainties in Nonequilibrium Systems from Robertson-Schrödinger Relations
热力学的不确定原理是非平衡系统中为数不多的几个锚点之一，涨落定理更为人们所熟悉。在这项工作中，我们的目标是跟踪非平衡系统中的热力学量的不确定性的量子起源，即量子不确定原理。我们的结果使我们能够做出这样的明确声明：对于高斯系统，热力学函数是罗伯逊-薛定谔不确定性函数的泛函，它对于量子系统总是非负的，但对于经典系统不一定如此。在这里，量子是指正则算子对的非交换性。从非平衡自由能[1]出发，我们成功地推导出了某些热力学量之间的几个不等式。它们的形式与传统热力学中的形式相同，但它们在本质上是非平衡的，并且在强耦合下对所有时间都成立。此外，我们还证明了在系统的非平衡动力学中始终存在涨落耗散不等式。对于非平衡系统，在后期松弛到平衡态，这种波动耗散不等式导致罗伯逊-薛定谔不确定原理的帮助下的柯西-施瓦茨不等式。这一工作为宏观非平衡系统的某些重要热力学性质提供了微观量子基础。
2022-05-25 cond-mat.stat-mech hep-th quant-ph
Nonequilibrium phase transition of dissipative fermionic superfluids: Case study of multi-terminal Josephson junctions
Institute of Science Tokyo（东京科学大学）；Osaka Metropolitan University（大阪公立大学）
研究非平衡动力学中三超流体通过约瑟夫森结连接的相变，发现耗散BCS理论下超流序参量相位旋转导致三种直流约瑟夫森电流。弱隧道幅时出现两步非平衡动态相变，强隧道幅时所有电流消失。
2026-08-19 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
A First and Second Law for Nonequilibrium Thermodynamics: Maximum Entropy Derivation of the Fluctuation-Dissipation Theorem and Entropy Production Functionals
非平衡系统的理论是从最大熵方法中推导出来的，这种方法在精神上类似于吉布斯给出的平衡理论。要求汉密尔顿的原则，固定的行动，以满足平均在一个轨迹，我们增加了限制的转移概率分布，导致Onsager-Machlup形式的路径概率。来自能量和动量守恒定律的附加约束然后将热交换和外部驱动力引入系统中，拉格朗日乘子与外部系统的温度和压力相关。其结果是一个完全依赖于时间的，非本地的描述非平衡合奏。然后，对能量交换和中央系统的信息熵的变化的详细计算提供了对熵产生的描述，该熵产生不依赖于稳态的规定或存在，也不依赖于中央系统的可测量变量的任何定义。这些结果连接到文献显示的路径重新加权的方法，创建任意波动定理，并通过提供一个简单的推导Jarzynski关系参考的稳态。此外，我们确定的路径自由能和熵（口径）泛函产生的第一定律的非平衡热力学相关的驱动力的变化，在路径平均值的变化。类似于吉布斯关系，路径平均值的变化产生波动耗散定理。热力学熵产生也可以用口径泛函来表示，从而简单地证明了克劳修斯陈述的微观形式。我们发现，最大熵路线提供了一个明确的推导路径自由能泛函，路径积分，朗之万，布朗，和福克-普朗克声明的非平衡过程。
2011-05-27 cond-mat.stat-mech
Generalized second fluctuation-dissipation theorem in the nonequilibrium steady state: Theory and applications
University of California, Merced（加州大学默塞德分校）；Michigan State University（密歇根州立大学）
本文推导了非平衡稳态下随机动力系统的广义第二涨落-耗散定理，基于Mori型广义 Langevin 方程和 Kolmogorov 运算符性质，展示了非平衡态下经典第二 FDT 的有效性，并构建了数据驱动的纳米尺度热传导模型。
2021-06-12 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Fundamental limits on nonequilibrium sensing
本文研究了具有非互易耦合的双分系统中非平衡传感的物理极限，发现充当 Maxwell's demon 的子系统可通过负向违反涨落-耗散关系显著提升另一子系统的信噪比，使其超越平衡值成为增强型传感器，且在固定耗散下低频信噪比可任意大。
2024-07-25 cond-mat.stat-mech
Dependence of the fluctuation-dissipation temperature on the choice of observable
在一般情况下，只有当非平衡温度与所考虑的可观测量无关时，才能从广义涨落-耗散关系中一致地定义非平衡温度。我们认为，观察的选择一般发生时，相空间概率分布是不均匀的恒定能量壳的依赖。我们定量地将这种可观察到的依赖关系与非平衡系统的一个基本特征联系起来，即相对于具有相同能量的平衡态的香农熵差。这种关系示出了平均场模型与两个热浴在不同的温度下接触。
2010-01-04 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium Critical Dynamics of the 2D XY model
通过蒙特卡罗模拟和自旋波近似下的解析方法研究了二维XY模型的非平衡临界动力学。我们特别关注的两个时间响应和关联函数的行为，并表明，老化动力学依赖于初始条件。临界涨落的存在导致对涨落耗散定理的非平凡违反，这显然让人想起三维Edwards-Anderson自旋玻璃模型。为此，我们计算了有限大小的重叠概率分布函数，并发现它与在非平衡动力学中获得的有限时间涨落耗散比有关，只要温度不是很低。
2001-02-20 cond-mat.stat-mech
Nambu Nonequilibrium Thermodynamics and the Lyapunov Structure of Open Systems
Ibaraki University（茨城大学）
通过开放活塞模型，提出由耗散势$S_{NB}$生成的梯度流描述不可逆弛豫，证明$S_{NB}$单调递增并充当Lyapunov函数，从而解决开放系统中热力学熵非单调的问题。
2026-10-14 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium thermodynamics of coupled molecular oscillators: The energy cost and optimal design for synchronization
本文提出了一个耦合分子振子模型来研究同步的非平衡态热力学。我们发现，非平衡振子的同步消耗能量，即使在振荡器-振子耦合是保守的。通过解析求解多体系统的定态，我们发现系统经历了由能量耗散驱动的非平衡相变，临界能量耗散取决于交换反应的频率和强度.此外，我们的研究揭示了实现最大同步与固定的能量预算的最佳设计。我们将我们的一般理论应用于蓝藻生物钟中的Kai系统，并预测了KaiC ATP酶活性与KaiC六聚体同步化之间的关系。该理论框架可以推广到其他扩展的非平衡活性系统的集体行为热力学研究。
2020-01-28 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Dissipation, Generalized Free Energy, and a Self-consistent Nonequilibrium Thermodynamics of Chemically Driven Open Subsystems
一个系统的非平衡热力学位于一个持续的环境与流入和流出通常被视为一个子系统在一个更大的，封闭的“宇宙”。这仍然是一个问题，什么是最低限度的要求描述这样一个开放的驱动系统的周围，使其非平衡热力学可以建立在内部的随机动力学的基础上。我们提供了一个解决这个问题的方法，使用的见解分子马达在化学非平衡稳态（NESS）与持续的外部驱动器通过再生系统，或在准稳态（QSS）与过量的ATP，ADP，和Pi的研究。我们引入了外部再生系统维持NESS所需的{ \em最小功}的关键概念，$W_{min}$（{ \em e.g.}，保持分子马达的ATP、ADP和Pi的恒定浓度）。使用马尔可夫（主方程）描述的马达蛋白质，我们说明，NESS和QSS具有相同的动力学以及第二定律在相同的正熵产生率。NESS和其相应QSS的散热量之差正好是$W_{min}$。这为引入{ \em理想外部再生系统}提供了理由，并在NESS中的净自由能输入$F_{in}$和总耗散$F_{dis}$之间产生{ \em自由能平衡方程}：$F_{in}$由化学输入减去机械输出组成; $F_{dis}$由耗散热组成;变为热的有用能量的量是NESS熵产生。此外，我们表明，对于非平稳系统，$F_{dis}$和$F_{in}$对应的熵产生率和管家热的随机热力学，并确定一个相对熵$H$作为一个广义的自由能。
2013-06-19 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Quantifying dissipation using fluctuating currents
耦合到多个热力学水库的系统可以表现出非平衡动力学，打破细致平衡产生电流。为了给这些水流提供动力，水库的熵增加了。熵的产生率，或耗散率，是非平衡过程统计不可逆性的量度。通过在几个生物系统中测量这种不可逆性，最近的实验已经发现某些系统并不处于平衡状态。在这里，我们讨论了三种策略，以取代二元分类（平衡与非平衡）的熵产生率的量化。为了说明这一点，我们生成了一个易于分析的珠弹簧模型的演变的时间序列数据。概率流可以被推断并用于间接量化熵产生率，但这种方法需要在高维系统中禁止大量的数据。这种维数灾难可以通过使用热力学不确定性关系来限制熵产生率来部分减轻，所述熵产生率使用概率流中的统计波动。
2019-04-12 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Fluctuation-dissipation relation in a non-equilibrium quantum fluid
该研究针对非平衡系统无简单涨落-耗散定理的问题，提出适用于带恒定温度梯度的非平衡稳态流体的广义FDT，可通过响应实验探测长程关联，且这类关联是稳态固有、反映广义刚性的。
2023-12-14 cond-mat.stat-mech
Machine learning a time-local fluctuation theorem for nonequilibrium steady states
Australian Institute for Bioengineering and Nanotechnology, The University of Queensland（澳大利亚生物工程和纳米技术研究所，昆士兰大学）；School of Chemistry, University of Melbourne（墨尔本大学化学学院）；School of Chemistry and Molecular Biosciences, The University of Queensland（昆士兰大学化学与分子生物科学学院）
本文提出一种机器学习模型，通过预测时间正反向轨迹段来满足波动定理，无需额外信息，适用于短轨迹段、远离平衡态和多种非平衡动力学。
2023-05-30 cond-mat.stat-mech physics.comp-ph
Two-dimensional time-reversible ergodic maps with provisions for dissipation
提出了一种新的单位正方形到自身的离散时间可逆映射。该映射由分段线性二维操作组成，能够表示平衡和非平衡动力学系统的宏观特征。我们的操作类似于正弦驱动的剪切在两个维度上，和一个径向压缩/膨胀的一个点躺在外面/里面的一个圆围绕原点为中心。根据半径，地图从遍历和非耗散（如在平衡情况下）过渡到极限环，通过中间多重分形情况（如在非平衡情况下）。所有耗散的情况下，建议的地图表明，卡普兰-约克维小于嵌入维，一个功能通常出现在非平衡稳态。所提出的映射不同于现有的映射，如贝克的地图和阿诺德的猫地图在这个意义上，（i）它是可逆的，和（ii）它产生一个复杂的多重分形相空间肖像。
2015-12-31 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium fluctuations in a resistor
在相关能量与热扰动相当的小系统中，波动是平均值的量级。在处于化学平衡的系统中，这些波动的方差可以与系统中的耗散常数相关，利用波动耗散定理（FDT）。在非平衡稳态系统中，涨落定理（FT）还描述了注入和耗散能量涨落的概率密度函数（PDF）的对称性。我们对一个模型系统进行了实验研究：一个电偶极子被一个小的恒流$I$驱动到平衡态，并证明了FT的实验可行性和有效性。此外，我们强调，FT可以用来测量耗散功率$\bar{\cal P}=RI^2$在系统中，通过研究的PDF的对称性。
2005-02-14 cond-mat.stat-mech
Nonequilibrium critical dynamics of the three-dimensional gauge glass
研究了三维应变片模型在临界温度下的非平衡老化行为。我们进行蒙特卡罗模拟与大都会更新，相关性和响应函数计算不同的等待时间。我们得到了相关和响应函数的乘法老化标度，计算了老化指数$b$和非平衡自相关衰减指数$λ_c/z_c$。我们还分析了临界温度下的涨落-耗散关系，得到了临界涨落-耗散比$X_\infty$。通过比较我们的结果与以前报道的相互作用的磁通线在涡旋玻璃制度的模型的老化标度，我们发现，这两个模型的指数是非常不同的。
2008-11-05 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech
Interacting Brownian dynamics in a nonequilibrium particle bath
从微观相互作用多体理论出发，建立了非平衡环境中相互作用布朗粒子的介观理论。利用非平衡线性响应理论，我们描述了有效的动力学相互作用的介观尺度和统计的非平衡环境噪声，所产生的快速自由度积分。作为非平衡的标志，布朗自由度的波动-耗散和作用-反应关系的崩溃与环境的两个原型模型，即活性布朗粒子和搅拌胶体为例。
2016-12-07 cond-mat.stat-mech
