Steady State of an Active Brownian Particle in Two-Dimensional Harmonic Trap
我们找到了一个精确的级数解的稳态概率分布的谐波捕获的活性布朗粒子在二维中，在平移扩散的存在下。这个系列的解决方案，使我们能够有效地探索在不同的参数制度的系统的行为。识别“主动”和“被动”制度，我们预测一个令人惊讶的再入主动到被动的过渡，增加陷阱刚度。我们的数值模拟验证了这一发现。我们讨论了各种有趣的极限情况下，其中封闭形式的分布表达式可以得到。
2020-02-03 cond-mat.stat-mech
Freezing transitions of Brownian particles in confining potentials
研究了有限区域中一维布朗粒子在外部势$v(x)$作用下对吸收靶的平均首次通过时间。我们集中在的情况下，其中的外部潜力是限制，形式$v(x)=k|x-x_0|^n/n$，和粒子的初始位置与$x_0$一致。我们首先考虑在$x=0$处的吸收目标和$x=c$处的反射壁之间的粒子。在固定的$x_0$，我们表明，当目标距离$c$超过一个临界值，存在一个非零的最佳刚度$k_{\rm opt}$，最大限度地减少MFPT的目标。然而，当$c$低于临界值时，最佳刚度$k_{\rm opt}$消失。因此，对于$n$的任何值，随着域尺寸的变化，最佳的潜在刚度经历连续的“冻结”过渡。另一方面，当用第二吸收目标代替反射壁时，$k_{\rm opt}$中的冻结转变变得不连续。在$(x_0,n)$ -平面中的相图则呈现出三个动力学相和亚稳性，在$(x_0/c\simeq 0.17185$、$n\simeq 0.39539)$处具有“三重”点。对于调和势或高阶势$(n\ge 2)$，对于任何$x_0$或畴大小，在小$k$时，MFPT总是随$k$增加。这些结果与有界域中最优重置下的扩散问题进行了对比。
2022-07-12 cond-mat.stat-mech
Onsager-Machlup theory and work fluctuation theorem for a harmonically driven Brownian particle
Institute of physics, Bhubaneswar-751005, India（印度布巴内斯瓦尔物理研究所）
本研究将Tooru-Cohen分析拓展至布朗粒子非平衡振荡态，证明了含振荡电场时无界带电布朗粒子的功涨落定理，并用带约束的Onsager-Machlup理论得到功分布、熵产生率及耗散函数性质。
2007-08-17 cond-mat.stat-mech
Statistical mechanics of passive Brownian particles in a fluctuating harmonic trap
本文研究随机开关谐振子势阱中被动布朗粒子的非平衡稳态，通过三阶 Fokker-Planck 方程得到高斯叠加分布，并将其等价解释为淬火无序平衡系统。
2024-08-13 cond-mat.stat-mech
Two-states Brownian particle in a Harmonic Potential
本文研究谐振子势中扩散系数随机跳变的过阻尼布朗粒子，解析刻画其位置分布、均方位移和峰度，揭示长期极限下的非高斯行为及零扩散系数时的尖点特征，并通过数值模拟验证。
2024-12-18 cond-mat.stat-mech
Optimal work in a harmonic trap with bounded stiffness
我们应用庞特里亚金的原则，迅速驱动一个被困的过阻尼布朗粒子与热浴之间的两个平衡态对应于不同的陷阱刚度$κ$接触。我们工作的最佳时间依赖$κ(t)$最小化的非完整约束下的粒子上执行的工作$0\leqκ\leqκ_{\max}$，实验相关的情况。出现了几个重要的差异，与文献中分析的无界刚度的情况相比。首先，两个任意的平衡态可能并不总是相连的。其次，根据操作时间$t_{\text{f}}$和期望的压缩比$κ_{\text{f}}/κ_{\textı}$，出现不同类型的解决方案。最后，由边界带来的功的最小值的差异可能变得相当大，这可能对热机的优化具有相关影响。
2018-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Thermal brachistochrone for harmonically confined Brownian particles
谐振子的过阻尼布朗动力学是非平衡统计力学中的一个典型系统，它可靠地模拟了相关的随机系统，如受光约束的胶体粒子。在这项工作中，最佳的热协议量身定制，以尽量减少过阻尼$d$维振荡器的平衡态之间的连接时间。控制理论的应用表明，这些最优方案是bang-bang型的，也就是说，浴的温度必须交替地采取允许的最小值和最大值。最小连接时间随所考虑的尺寸$d$而增加。值得注意的是，即使对于对称振子也是如此，例如，具有球对称性的振子，其中弹性常数沿$d$可能方向的简并似乎意味着最小连接时间等于一维情况。当增加维度时，这种令人惊讶的不可避免的代价在物理基础上得到了彻底的研究和理解。此外，信息理论工具，如热力学长度和它的分歧进行了分析的最速降线。
2022-08-31 cond-mat.stat-mech
Brownian Molecules Formed by Delayed Harmonic Interactions
个体生物对群体或群内交换的信息的延迟反应导致了复杂的集体行为的出现。最近的实验设置（Khadka等人，2018年，Nat.Commun. 9 3864），采用合成的微型游泳者，允许在实验室中以受控的方式模拟和研究这种行为。受这些实验的启发，我们研究了N个布朗粒子通过延迟谐波相互作用的系统。对于$N \leq 3$，我们通过求解相关的随机延迟微分方程来解析地描述其集体行为，对于$N>3$，通过布朗动力学模拟来描述其集体行为。粒子形成分子状的非平衡结构，其随着粒子数目、延迟时间和相互作用强度的增加而变得不稳定。我们评估的熵和信息流保持这些结构，并定量表征其稳定性，开发一个近似的时间依赖性过渡态理论来表征不同异构体的分子之间的过渡。为了完整起见，我们全面讨论了有限维线性随机延迟微分方程系统的分析求解过程，以及协方差和时间相关矩阵的新结果。
2019-09-27 cond-mat.stat-mech
Energetics of a driven Brownian harmonic oscillator
我们提供了一个布朗振荡器与热浴接触，并通过外部无偏的时间周期性的力量，需要系统的热力学平衡驱动的能量学的见解。求解相应的朗之万方程，计算了长时间定态下的平均动能和势能。推导了系统的能量平衡方程，研究了系统中的能量流动.特别是，我们确定的能量提供的外力，能量耗散的热浴和能量提供的热平衡波动。其次，我们说明了Jarzynski功涨落关系，并考虑了外力作用于系统的总功的定态涨落定理。最后，通过确定系统的时间尺度，我们分析了强阻尼制度，并讨论了惯性效应可以忽略时的过阻尼动力学问题。
2017-10-17 cond-mat.stat-mech
Efficiency of a Brownian information machine
布朗信息机通过利用测量中获得的信息的反馈过程从热浴中提取功。对于典型的情况下，粒子被困在一个谐波电位，我们确定如何功率和效率的两个变种这样的机器周期性地运行取决于周期时间和精度的位置测量。仅控制陷波器的中心导致在最大功率下具有零效率的机器，而陷波器的刚度的附加最优控制导致限制在1/2（其对于最大功率成立）和1（即使对于在完美测量的极限中的有限循环时间也达到）之间的效率。
2012-04-06 cond-mat.stat-mech
Interplay between timescales governs the residual activity of a harmonically bound active Brownian particle
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
该研究通过实验、模拟和解析计算，揭示谐势束缚活性布朗粒子的稳态分布交叉由persistence时间与平衡时间的比值决定，而非推进速度，明确了时间尺度相互作用对其剩余活性的调控机制。
2026-08-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimal control theory for maximum power of Brownian heat engines
该研究运用最优控制理论，确定了通用阻尼情形下布朗热机的最优循环结构，填补了过阻尼与欠阻尼极限间的研究空白，还明确了实现最大功率的合适摩擦系数，为高性能布朗热机实验研发提供参考。
2024-10-30 cond-mat.stat-mech
Two harmonically coupled Brownian particles in random media
本文研究了猝灭无序介质中两个布朗粒子在弹性简谐力作用下的行为。我们发现，对于无序强度的一阶，相对运动减弱了猝灭力对布朗粒子质心运动的影响（相对于具有双质量的布朗粒子的参考态），从而使势（螺线管）无序的运动变得不那么亚扩散（超扩散）。粒子之间的均方相对距离以不同的方式表现，这取决于粒子是自由移动还是一个粒子被锚定在空间中。虽然在这两种情况下，非势无序的作用都是增加均方距离，但当粒子自由移动时，势无序会减小均方距离，而当一个粒子锚定在空间中时，势无序会增加均方距离。
2001-07-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic Path Integral for the Active Brownian Particle in a Harmonic Potential
本研究提出适用于简谐势中活性布朗粒子的随机路径积分方法，可推导含时矩解析表达式与位置概率分布级数展开，相比本征函数展开法更易推广，并验证了其处理带活性力矩体系的通用性。
2025-09-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Beyond Whittle: exact finite-time multispectral statistics from a single Brownian trajectory in a harmonic trap
Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa（墨西哥自治大学伊斯塔帕拉帕分校）；Universidad Nacional Autónoma de México（墨西哥国立自治大学）
本文提出了一种精确有限时间多谱理论，用于描述谐振阱中过阻尼布朗粒子的谱特性，通过单个轨迹推导出多频谱估计的联合分布及高斯表示，并验证了其在有限时间内的有效性。
2026-04-11 cond-mat.stat-mech
Maximum power Stirling-like heat engine with a harmonically confined Brownian particle
本研究针对单粒子介观热机的功率优化问题，设计了基于简谐约束布朗粒子的类斯特林热机，结合变分法与最优控制理论得到非准静态下的最大功率驱动协议，并数值分析了参数对功率与效率的影响。
2025-01-13 cond-mat.stat-mech
Autonomous Brownian gyrators: a study on gyrating characteristics
本文基于Fokker-Planck方程，研究了二维布朗回转器在谐势和非谐势作用下的非平衡稳态动力学，其中非谐势为双势阱和各向同性四次势.特别是，我们报告了两个简单的方法，可以帮助理解旋转模式。对于调和势，我们利用Fokker-Planck方程来考察NESS的动力学特性，即，NESS电流沿等概率等值线旋转，且流动的稳定点与潜在最小值重合。作为对比，我们的非调和势的NESS结果表明，这些属性在很大程度上是不存在的，因为旋转模式是从相应的概率分布的那些不同。此外，我们观察到一个关键的情况下的双阱电位，其中的谐波贡献的回旋图案变得缺席，和NESS电流不循环的等概率轮廓附近的潜在的最小值，即使在低温下。
2021-02-18 cond-mat.stat-mech
Stationary and Transient Work-Fluctuation Theorems for a Dragged Brownian Particle
最近，Wang等人进行了一个实验室实验，在实验中，布朗粒子被一个中心速度恒定的简谐力拖曳通过流体。该实验证实了理论上预测的与功相关的综合（I）瞬态波动定理（ITFT），该定理给出了在给定时间内在瞬态状态下在系统上所做的总功的波动中找到正值或负值的概率的比率的表达式。相应的积分定态涨落定理（ISSFT）没有观察到。利用过阻尼朗之万方程和简谐力中心的任意运动，导出了这些定理和相应的非积分定理（TFT和SSFT）中的所有有关量。本文从理论上明确地得到。虽然（I）TFT在所有时间都满足，但（I）SSFT仅在时间上渐近保持。对进一步的实验提出了建议，其中也可以观察到的ISSFT与任意速度的谐波力。此外，ITFT和ISSFT之间的非平凡的长时间关系被发现，这可以在实验中观察到，特别是在谐振力的中心的谐振圆周运动的情况下。
2002-12-12 cond-mat.stat-mech
Strong-damping limit of quantum Brownian motion in a disordered environment
本文研究了无序环境中量子布朗运动的强阻尼极限，发现有限程耦合导致非高斯马尔可夫噪声，并解析求解了谐波束缚粒子的扩散与稳态性质。
2025-02-27 cond-mat.stat-mech
Work distribution function for a Brownian particle driven by a nonconservative force
我们推导出了一个均匀拖动的布朗粒子受到旋转力矩的简谐力所作的功的分布函数。根据Onsager和Machlup的泛函积分方法，我们得到了在时间$t$的特定位置找到布朗粒子的转移概率，因为它在较早的时间从特定的位置开始了旅程。广义Onsager-Machlup拉格朗日量的正向和时间反演形式之间的差异被确定为介质熵产生率，这进一步帮助我们发展我们模型的随机热力学形式主义。由谐波陷阱所做的工作的概率分布进行评估的平衡初始条件。虽然这种分布具有高斯形式，但发现这种分布不满足传统的工作波动定理。
2015-06-02 cond-mat.stat-mech
Non-reciprocity drives a Brownian dimer out of equilibrium
University of Calcutta（加尔各答大学）；CY Cergy Paris Université（塞吉-蓬图瓦兹CY巴黎大学）；Gour Mohan Sachin Mandal Mahavidyalaya（古尔·莫汉·萨钦·曼达尔学院）
该研究构建非互易耦合的布朗二聚体模型，证明仅非互易相互作用可驱动系统远离平衡态，计算了弹簧零原长极限下的精确稳态量并将其映射至布朗回转，对有限原长弹簧的相关量进行数值计算。
2026-07-31 cond-mat.stat-mech
Optimal control of levitated nanoparticles through finite-stiffness confinement
针对热涨落下悬浮纳米粒子的有限刚度控制问题，本文推导欠阻尼 Brownian 动力学的时变谐波势最优协议，并通过光镊纳米粒子实验验证其能以更低能耗在远短于弛豫时间内精确到达目标态。
2025-08-29 cond-mat.stat-mech
Control of Active Brownian Particles: An exact solution
本文研究了谐势中二维Active Brownian Particles模型的精确控制，通过调节势刚度与粒子活性的协议，实现系统从被动稳态到主动稳态的转变，为非平衡系统的控制提供了新方法。
2023-09-15 cond-mat.stat-mech
Moment analysis of two-dimensional active Brownian run-and-tumble particles
本研究针对二维活性布朗翻滚粒子模型，采用Kac首创的运动方程直接积分法，得到含时模型拉普拉斯变换的精确矩，还借助切比雪夫多项式估计分布矩，结果与实验高度吻合，且该模型可在特定极限下退化为两种经典活性粒子模型。
2025-10-02 cond-mat.stat-mech
Time correlations and persistence probability of a Brownian particle in a shear flow
本文给出了简单剪切流中自由布朗粒子和受简谐约束的布朗粒子的两次关联函数的结果。对于一个自由布朗粒子，沿剪切方向的运动表现出两种不同的动力学，与均方位移扩散在短期内，而在后期的时间尺度为$t^3$。相比之下，互相关$\la x(t) y(t) \ra $对于所有时间均二次缩放。在谐波捕获的布朗粒子的情况下，均方位移表现出由约束和剪切的强度确定的平台。此外，分析扩展到布朗粒子链通过谐波和弯曲势相互作用。最后，从两个时间的关联函数构造持续概率。
2012-09-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Identifying the signatures of residual activity in harmonically bound active Brownian dynamics
Indian Institute of Technology Kanpur（坎普尔印度理工学院）
研究谐波束缚活性布朗粒子动力学，通过解析计算和数值模拟，分析不同活性下多种动力学指标变化，识别谐波约束阻碍后残余活性特征，揭示不同位置分布 regime 中动力学受残余活性影响的情况。
2026-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Theory of relaxation dynamics for anomalous diffusion processes in harmonic potential
光镊装置常被用来探测单个示踪粒子的运动，这促进了对简谐势中一般过程弛豫动力学的研究。我们揭示了系综和时间平均均方位移的封闭过程的速度关联函数$C(t,t+τ)$的原始过程的依赖性。利用小$τ$和大$τ$的两种不同的$C(t,t+τ)$标度形式，可以立即得到稳态值和弛豫行为。所得结果对大量的反常扩散过程，包括分数阶布朗运动，标度布朗运动，以及具有不同运行时间分布指数的多尺度Lévy行走都是有效的.
2019-07-04 cond-mat.stat-mech
Extracting work from a single heat bath - A case study on Brownian particle under external magnetic field in presence of information
通过对系统进行测量并利用所获取的信息，可以从单个浴槽中提取超出第二定律设定的极限的功。作为一个例子，我们研究了在有磁场存在的情况下，被限制在二维简谐势阱中的布朗粒子，其位置坐标被有限精度地测量。在这项研究中研究了两种不同的情况-（A）移动势的中心和（B）改变势的刚度。在这两种情况下，显式地计算了在有限时间过程中极值化工作的最优协议。对于情况A，我们表明，即使最佳的协议取决于磁场，令人惊讶的是，提取的工作是独立的字段。对于情况B，最佳方案和提取的功都取决于磁场。然而，磁场的存在总是减少功的提取。
2014-05-06 cond-mat.stat-mech
Active Brownian particle under stochastic position and orientation resetting in a harmonic trap
该研究针对二维谐振势阱中受随机位置和取向重置的活性布朗粒子（ABP），采用基于福克-普朗克的更新方法推导精确矩并与模拟对比，分析超额峰度揭示动力学交叉，量化了稳态相图。
2025-01-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Analytic Solution of an Active Brownian Particle in a Harmonic Well
本文给出了囚禁在各向同性谐振势中的二维布朗粒子的含时Fokker-Planck方程的解析解。使用被动布朗粒子作为基态，我们表明，福克-普朗克算子成为下对角，这意味着本征值不受活动。然后，传播子表示为平衡本征态的组合，权重服从精确的迭代关系。我们表明，对于低阶关联函数，如位置自相关函数，递归终止于有限阶的Péclet数，使我们能够生成精确的紧凑的表达式，并推导出速度自相关函数和随时间变化的扩散系数。后者的量的非单调行为作为非平衡动力学的指纹。
2022-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Inertial Brownian motors driven by biharmonic signals
研究了在粘性对称周期结构中运动的惯性布朗粒子在两个谐波分量的振荡信号驱动下的输运性质。我们分析了对称，反对称和非对称信号对定向输运的影响，并揭示了布朗粒子的稳态平均速度相对于信号的两个分量的相对相位的移位对称性。移位对称性在所有的状态下都成立。
2010-08-16 cond-mat.stat-mech
Bound particle coupled to two thermostats
考虑一个与两个不同温度的热库耦合的布朗粒子。我们表明，谐波陷阱的存在下，并没有改变大偏差函数的情况下，自由布朗粒子讨论德里达和Brunet和Visco。同样，与热源处的熵产生有关的加拉沃蒂-科恩涨落定理仍然有效。我们支持的分析结果与数值模拟。
2011-04-08 cond-mat.stat-mech
Extracting work from a single heat bath through feedback
如果有更多信息，可以从单个热浴中提取功。对于典型的情况下，布朗粒子的谐波电位，其位置已被测量的有限精度，我们确定的最佳协议操纵的中心和刚度的潜力，以最大限度地提高这项工作在一个有限的时间过程。只有当势的位置和刚度都被控制并且过程是准静态的时，才能达到由涉及信息的广义第二定律不等式对这项工作施加的约束。根据我们的分析结果，对这种周期性运行的“信息机器”所提供的功率进行了估计。
2011-03-07 cond-mat.stat-mech
Stationary states of an active Brownian particle in a harmonic trap
我们研究了二维谐振子势阱中过阻尼活性布朗粒子的定态，发现平动扩散可忽略时，随势阱刚度增加，密度分布从中心最大变为中心最小，且该转变由福克-普朗克方程描述，模拟验证了理论并扩展到三维。
2023-07-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
A reduction scheme for coupled Brownian harmonic oscillators
我们提出了一个由两个耦合的谐波束缚布朗振子组成的系统的约化方案。我们通过构建一个低维模型，继承了一些原始动力学的基本特征，并写在合适的传输系数的描述减少。建议的程序是双重的：而确定性的动态组件是通过直接应用的不变流形方法，扩散项通过波动耗散定理确定。我们突出的行为的系数的耦合参数，这标志着一个收缩的描述是可用的区间的端点的临界值。研究弱耦合制度的解决和交换性的替代减少路径也进行了讨论。
2022-12-13 cond-mat.stat-mech math-ph math.AP
Shuttling heat across 1D homogenous nonlinear lattices with a Brownian heat motor
我们研究了平均无净热偏置时一维均匀非线性晶格中的定向热通量。Fermi-Pasta-Ulam型或Lennard-Jones型系统的非线性晶格在两端连接到在时间平均上保持在相同温度的热浴。我们研究了两种不同的调制的热浴温度，即：（i）一个对称的，谐波交流驱动的温度只有一个热浴和（ii）谐波混合驱动的温度作用于两个热浴。虽然对于情况（i），可以根据非线性晶格的温度相关热导率导出净热传输的绝热结果，但类似的这种传输方法对于谐波混合情况（ii）失败。然后，对于情况（ii），甚至所得到的布朗运动引起的热通量的符号也不能被先验地预测。一个非零的热通量（包括一个非绝热逆转的通量）被检测到，这是一个诱导的动态对称性破缺机制结合晶格动力学的非线性的结果。计算机模拟表明，热通量对晶格尺寸的增加是鲁棒的。所观察到的棘轮效应，这种定向热流是相当大的，我们研究类的同质非线性晶格结构，从而使这种设置可用于实验实施和验证。
2009-06-28 cond-mat.stat-mech
Active Brownian particle in harmonic trap: exact computation of moments, and re-entrant transition
考虑了存在平移扩散的$d$维谐振阱中的布朗粒子。虽然福克-普朗克方程不能在一般情况下解决，以获得一个封闭的形式解决方案的联合分布的位置和方向，正如我们所示，它可以用来评估的确切时间依赖性的所有时刻，使用拉普拉斯变换的方法。我们提出了明确的计算几个这样的时刻在任意时间和它们的演化到稳态。特别是，我们计算的位移的峰度，一个数量，它清楚地显示了从平衡高斯形式的活性稳态特性的差异。我们发现，它增加与活动的渐近饱和，但随着陷阱刚度的非单调变化，从而捕捉到最近观察到的主动到被动再入行为。
2020-12-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Added mass effect in coupled Brownian particles
本文通过双谐振耦合布朗粒子模型解析求解有效质量，揭示附加质量效应由动量弛豫时间、谐振周期和速度测量时间分辨率三个时间尺度共同决定，并在极限条件下分别退化为粒子质量或两倍质量。
2024-05-02 cond-mat.stat-mech
Time-averaged MSD of Brownian motion
研究了时均均方位移（TAMSD）的统计特性。这是一个标准的非局部二次函数，用于在单粒子跟踪实验中从扩散示踪剂的单个随机轨迹推断扩散系数。对于布朗运动，我们通过将原问题映射到耦合谐振子链上，导出了TAMSD概率密度的Laplace变换的精确公式。从这个公式出发，我们导出了TAMSD的前四阶累积量矩，概率密度的渐近性态及其用广义Gamma分布的精确逼近。
2012-05-09 cond-mat.stat-mech
Brownian Dynamics, Time-averaging and Colored Noise
我们提出了一种通过时间平均和拉普拉斯变换获得一维粒子位置和速度平衡分布的方法。我们将其应用到与热浴接触的阻尼谐振子的情况。本方法允许我们处理在时间上呈指数相关的高斯噪声函数等情况，例如，高斯色噪声我们得到了精确平衡解，并研究了它的一些性质。
2006-05-15 cond-mat.stat-mech
Stochastic heat engine with the consideration of inertial effects and shortcuts to adiabaticity
当与恒温热浴接触的布朗粒子受含时调和势控制时，考虑布朗粒子的惯性效应，可以从Kramers方程严格推导出布朗粒子的分布函数。基于这个严格解和绝热性捷径的概念，我们构造了一个随机热机，利用含时调和势操纵布朗粒子完成一个热力学循环.我们发现，这种随机热机的最大功率的效率等于$1-\sqrt{T_c/T_h}$，其中$T_c$和$T_h$是冷浴和热浴的温度，分别在热力学循环。
2014-05-31 cond-mat.stat-mech
Tagged particle behavior in a harmonic chain of direction reversing active Brownian particles
本文研究方向反转活性布朗粒子谐振子链中标记粒子的动力学，精确计算其位置方差，揭示不同耦合极限下指数从3或2过渡到1/2的代数增长规律，并给出有限系统交叉标度函数及相邻粒子间距的稳态关联特征。
2025-03-11 cond-mat.stat-mech
Driven Brownian particle as a paradigm for a nonequilibrium heat bath: Effective temperature and cyclic work extraction
我们将基于涨落耗散比的依赖于频率的有效温度的概念应用于处于非平衡稳态的受驱动布朗粒子。使用该系统作为弱耦合谐振子的恒温器，该谐振子在整个频谱上根据相应有效温度下的正则分布热化。通过将振荡器从被动的“温度计”转变为热机，我们实现了从单个热库循环提取功，这仅由于其非平衡性质而可行。
2017-05-02 cond-mat.stat-mech
Brownian motion under intermittent harmonic potentials
本文研究了强度为$μ= μ_0 ν$的间歇谐波势对具有阻尼系数$ν$的过阻尼布朗粒子的影响。这可以被认为是实现随机重置的现实模型。我们表明，这种动态承认一个固定的解决方案，在所有参数制度和计算的位置分布的全时变方差，并找到特征松弛时间。我们发现在极限下的精确的非平衡定态分布--（i）$γ\llμ_0 $，它显示出一个非平凡的分布，另外作为$μ_0\to\infty$，我们得到了具有不应期的复位的结果;（ii）$γ\ggμ_0$，其中粒子弛豫到具有原始势的一半强度的Ornstein-Uhlenbeck过程的Boltzmann分布;（iii）中间$γ=2nμ_0$，对于$n=1, 2$。找到目标的平均首次通过时间（MFPT）表现出与切换速率的优化，然而，与瞬时复位不同的是，MFPT不会发散，而是在大速率下达到稳定值。MFPT也表现出类似的行为相对于潜在的强度。我们的结果可以在胶体的实验中使用光镊验证。
2021-07-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Hidden entropy production by fast variables
本文研究了布朗粒子的非平衡欠阻尼朗之万动力学，这些粒子通过具有耦合常数$K$的谐振势相互作用，并与两个不同温度的热浴热接触。该系统的特点是净热流和熵产生在稳态。我们比较了调和系统的熵产生与布朗粒子与刚性杆连接。在无限$K$极限下，谐波系统可简化为刚性杆系统。然而，我们发现，在$K\to\infty$极限的谐波系统比刚性杆系统产生更多的熵。谐波系统具有作为慢变量的质心坐标和作为快变量的相对坐标。通过确定自由度对总熵产生的贡献，我们表明，隐藏的熵产生的快变量是负责额外的熵产生。我们讨论了每个贡献的$K$依赖性。
2015-02-25 cond-mat.stat-mech
Array-induced collective transport in the Brownian motion of coupled nonlinear oscillator systems
研究了周期性衬底势作用下的简谐耦合粒子阵列在外加偏压驱动下的布朗运动。在线性响应极限（小偏压）下，粒子间的耦合可能会增强扩散过程，这取决于谐波链与衬底电势之间的竞争。在单粒子情况下，还得到了扩散速率的解析公式。在非线性响应区域，运动的扭折可能与其辐射的声子波锁相，因此链的迁移率可能随着外力的增加而减小。
1998-09-18 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Quantum Brownian Motion of a charged oscillator in a magnetic field coupled to a heat bath through momentum variables
本文研究了在均匀外磁场存在下，在谐振势中运动的带电粒子通过动量变量与欧姆浴线性耦合时的量子布朗运动.我们分析了在经典高温域和量子低温域中由零点涨落控制的粒子均方位移的增长。我们还分析了位置响应函数和各种关联函数的长时间拖尾。我们注意到一些独特的特点，不同于通常的情况下，一个带电的量子布朗粒子在磁场和线性耦合到欧姆浴通过位置变量。
2022-08-27 cond-mat.stat-mech
Universality of quantum Brownian motion
量子布朗运动的马尔可夫主方程是否独立于推导过程中使用的模型假设，因而具有普适性？为了回答这个问题，我们采用系统-热浴相互作用的随机带-矩阵模型，导出了与热浴弱耦合的一维量子系统时间演化的马尔可夫主方程。我们详细地研究了两个简单的系统，谐振子和二能级系统。我们的结果与早期的模型，如Caldeira-Legget模型，并在大频带的限制，与Agarwal方程（无论有和没有行波近似）是完全一致的。这证明了这些主方程的普适性。
1998-11-02 cond-mat.stat-mech
Long Time Tails in Quantum Brownian Motion of a charged particle in a magnetic field
本文从量子朗之万方程出发，分析了在有磁场存在的简谐势中带电量子布朗粒子的长时间尾。分析了位置自相关函数、位置-速度关联函数和速度自相关函数中的长时间拖尾。我们研究这些相关性的布朗粒子耦合到欧姆和Drude浴，通过位置坐标耦合。在有限的温度下，我们注意到一个交叉从幂律指数衰减行为周围的热时间尺度\frac{\hbar}{K_B T}。我们分析了如何出现的回旋频率在我们的研究中的带电量子布朗粒子的影响的行为的长时间尾巴，并将其与中性量子布朗粒子的情况下。
2022-01-24 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics at the microscale: from effective heating to the Brownian Carnot engine
本文综述了微尺度下非平衡过程热力学的一系列实验研究。特别是，在这些实验中，我们研究了一个单一的光学捕获微粒浸入水中，并在外部随机力的存在下的热力学性质的波动。在平衡状态下，粒子位置的波动可以用一个有效温度来描述，这个温度可以调节到几千开尔文。等温和非等温热力学过程，也涉及控制参数的变化，通过控制粒子的有效温度和光阱的刚度来实现。由于真正的绝热过程是不可行的胶体系统中，平均绝热协议，没有平均的热量之间交换的粒子和环境进行了讨论和实施。通过连接等温和绝热协议，它示出了如何单粒子卡诺发动机可以构造。最后，我们提供了一个深入的研究的波动的能量和循环的效率。
2016-05-16 cond-mat.stat-mech
Dissipative dynamics of a Harmonic Oscillator : A non-perturbative approach
本文从微观理论出发，导出了谐振子与一组无相互作用振子耦合的主方程。我们遵循一个非微扰的方法，提出了我们以前的自由布朗粒子。的扩散常数进行了计算分析和积极的主方程被示出以上的临界温度举行。我们比较的平均动能和势能与已知的热力学结果的长时间行为。在系统谐振子频率消失的极限下，恢复了自由布朗粒子的结果。
2009-03-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
The steady state distribution for diffusion in a logarithmic-harmonic potential with stochastic resetting
该研究解析得到带随机重置的对数-谐势中布朗粒子扩散的稳态分布，明确了决定稳态分布函数行为的两个临界条件，并分析了重置机制对无重置时由势场特性形成的稳态分布的影响。
2023-06-14 cond-mat.stat-mech
Quantum Brownian Motion: Drude and Ohmic Baths as Continuum Limits of the Rubin Model
自由量子粒子在热环境中的运动通常由量子朗之万方程描述，其中浴的效果通过耗散项和噪声项编码，通过波动耗散定理彼此相关。量子朗之万方程可以从作为在初始平衡态中制备的谐振子的无限集合的热浴的微观模型开始导出。浴振荡器的光谱特性及其与粒子的耦合决定了耗散和噪声的具体形式。在这里，我们详细研究了著名的鲁宾浴模型，它由一个一维的谐波链与边界浴粒子耦合到布朗粒子。我们展示了如何在无限浴带宽的限制，我们得到的德鲁德模型和无限系统浴耦合的第二个极限欧姆模型。详细分析了相关的关联函数，如均方位移，速度自关联函数，和响应函数，与理解的各种时间制度的目的。特别是，我们讨论了量子到经典的交叉时间尺度，其中均方位移从$\sim \ln t$到$\sim t$依赖性的变化。我们将我们的研究与最近的工作，利用线性响应理论来理解量子布朗运动。
2020-12-15 cond-mat.stat-mech
Heat fluctuations in the logarithm-harmonic potential
热力学量，如热、熵或功，在随机系统中是随机变量。本文研究了布朗粒子在简谐势作用下的热交换统计。我们推导出解析的特征函数和它的时刻的热量。通过数值积分和数值模拟，我们还计算了概率分布，充分表征了热的统计行为。结果也调查的渐近极限，我们遇到的特征函数的超几何函数。
2021-05-11 cond-mat.stat-mech
