Efficiency and power of minimally nonlinear irreversible heat engines with broken time-reversal symmetry
研究了时间反演对称性可能破缺的最小非线性不可逆热机。导出了功率和效率的表达式，其中包含了耗散非线性项的影响。我们表明，在线性响应，最小的非线性不可逆热机，使达到卡诺效率在正功率。我们还发现，Curzon-Ahlborn限制强加在最大功率的效率可以oversized，如果时间反演对称性被打破。
2018-02-19 cond-mat.stat-mech
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
Effects of the self-propulsion parity on the efficiency of a fuel-consuming active heat engine
本文构建同时受温差与化学驱动的主动热机模型，分析偶、奇宇称自推进力对最大功率效率及性能尺度依赖的影响。
2023-07-31 cond-mat.stat-mech
Stochastic Stirling engine operating in contact with active baths
本文用随机能量学的方法对胶体粒子与非平衡液池接触的斯特林发动机进行了研究和分析。我们用非高斯持续噪声作用于胶体颗粒来模拟水浴。根据所选择的定义的等温转变在这个非平衡设置，我们发现，要么能量的发动机平行，其平衡对应，或者在最简单的情况下，它最终是效率较低。持久性，比非高斯效应，是负责这一结果。
2017-03-16 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
Memory-aware feedback enhances power in active information engines
Korea Institute for Advanced Study（韩国高等研究院）
本研究提出保留记忆的反馈协议，通过优化反馈增益提升主动介质中信息引擎的功率性能。
2025-11-26 cond-mat.stat-mech
Underdamped Active Brownian Heat Engine
主动布朗发动机将来自由自我推进的非平衡分子组成的储存器的能量整流为功。我们考虑一类这样的引擎的基础上欠阻尼布朗粒子被困在幂律潜在的。只有当非平衡储存器可以被分配一个与第二定律一致的合适的有效温度，从而产生发动机效率的上限时，它们转换的能量才具有热的热力学性质。如果熔池施加在颗粒上的总作用力与颗粒位置无关，则存在有效温度。一般来说，如果噪声自相关函数和摩擦核如波动耗散定理中那样成比例，则会发生这种情况。但是，即使比例性被打破，有效温度也可以在限制的、微调的参数范围内定义，正如我们在一个具有谐波势的具体例子中所证明的那样。
2020-11-24 cond-mat.stat-mech
Mechanical work extraction from an error-prone active dynamic Szilard engine
论文研究含测量误差的主动 Szilard 热机，分析一次性与循环模式下功、功率和信息效率，发现可违反 Landauer 界限且循环运行能利用残余互信息。
2025-05-14 cond-mat.stat-mech
Stochastic Heat Engine Using Multiple Interacting Active Particles
本文提出以多个具有类 Vicsek 相互作用的活性粒子为工质，通过周期性改变二维圆形势阱壁陡度与粒子活性实现随机热机，并分析提取功及效率定义问题。
2023-04-24 cond-mat.stat-mech
Brownian heat engine with active reservoirs
微生物如细菌是活性物质，它们消耗化学能并产生其独特的奔跑和翻滚运动。一群这样的微生物提供了一个非平衡的活性环境，其噪声特性不同于那些热平衡水库。一个重要的区别是一个有限的持续时间，这是相当大的相比，平衡噪声，也就是说，有源噪声着色。在这里，我们研究了一个中观能量收集设备（发动机）与主动水库利用这种噪声的性质。对于一个简单的线性模型，我们分析表明，发动机的效率可以超过传统的卡诺界限，从而释放的功率效率权衡约束，并在最大功率的效率可以克服Curzon-Ahlborn效率。我们发现，主动发动机的至高无上的关键取决于两个主动水库的时间尺度对称性。
2020-03-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Second law for active heat engines
宏观循环热机是热力学出现的主要动力。在过去的十年中，循环热机，有很大的波动，并在有限的时间内运行的随机热力学的更现代的框架内进行了研究。这种热机的第二定律指出，效率不能大于卡诺效率。对于存在隐耗散自由度的系统，也称为非平衡或活性库，循环活性热机的概念也在理论和实验中进行了研究。这种主动发动机表现出相当有趣的行为，如“效率”大于卡诺界限。鉴于活跃媒体无处不在，它们也可能在未来的发展中发挥重要作用。然而，迄今为止，循环主动热机的普遍第二定律还缺乏。在这里，在使用一个已知的不等式在随机随机热力学的过剩熵，我们得到一个通用的第二定律主动热机，它不涉及能量耗散的隐藏的自由度，并表示在数量，可以直接从可观察的自由度测量。除了热和功，我们的第二定律还包含一个信息论项，它允许主动热机提取超出被动热机有效极限的功。为了获得第二定律表示的可观测变量的存在下，隐藏的自由度，我们引入了一个粗粒度的过剩熵，并证明了这个量的波动定理。
2022-09-30 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Strong Violation of the Thermodynamic Uncertainty Relation in a Minimal Autonomous Heat Engine
Charles University, Faculty of Mathematics and Physics（查理大学数学物理学院）
研究展示了一个由离散棘轮和欠阻尼谐振子构成的最小自给自足热机，其在时间尺度分离条件下，表现出热力学不确定性关系的强违反，且内部控制的确定性增加使TUR比趋于零。
2026-03-20 cond-mat.stat-mech
Active Brownian Heat Engines
无序能量的非平衡形式什么时候才算热？\textcolor{blue}{We address this question in the context of cyclically operating heat engines in contact with a non-equilibrium energy reservoir that defies the zeroth law of thermodynamics. To consistently address the latter as a heat bath requires the existence of a precise mapping to an equivalent cycle with an equilibrium bath at a time-dependent effective temperature. We identify the most general setup for which this can generically be ascertained and thoroughly discuss an analytically tractable, experimentally relevant scenario}：局限于\textcolor{blue}{periodically}调制谐波势中的布…
2020-09-09 cond-mat.stat-mech
A Brownian cyclic engine operating in a viscoelastic active suspension
我们研究了一个模型的斯特林发动机组成的被动布朗粒子的谐波势和相互作用的主动布朗粒子的悬浮液，自推进在粘性溶剂中，循环运行在等温条件下通过时间变化的陷阱刚度和主动粒子的自推进速度。我们推导出一个有效的随机运动运动方程的被困布朗粒子，其中包括摩擦记忆内核，以及热和主动波动力，由于其耦合与主动悬架，我们分析计算的效率的发动机在准静态极限。我们发现，平均而言，发动机能够产生机械功，其效率取决于系统的不同时间尺度之间的相互作用，其中，与具有瞬时摩擦的系统的情况相比，随后的主动悬架的粘弹性的一般效果是降低布朗发动机的准静态效率。然而，在系统的参数空间中存在这样的记忆效应在发动机的性能中可忽略的区域，因此有效地表现为与在与活性颗粒的推进速度相关的两个不同温度下工作的惰性粘性浴接触。
2022-11-06 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active engines: Thermodynamics moves forward
热力学热机的研究是建立平衡热力学原理的关键，其意义远远超过发动机优化。对于非平衡系统，根据定义，即使在静止时也会耗散能量，如何最好地将这种耗散转化为有用功在很大程度上仍然是一个悬而未决的问题，具有类似的潜力来阐明一般的物理原理。本文综述了近年来在研究活性物质发动机性能方面的理论进展。我们区分两个主要类别，无论是自主引擎利用粒子电流，或循环引擎应用周期变换的系统，并提出了迄今为止的优化策略。我们描述了以前的研究的局限性，并提出了一些未来的观点，以期建立一个一致的热力学框架远离平衡。
2021-05-16 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Efficiency of isothermal active matter engines: Strong driving beats weak driving
我们研究使用单个活性粒子作为“工作介质”的微观引擎。驱动粒子定向运动所需的部分能量即使在恒温下也可以作为功回收。可以通过示意性地说明为定向运动提供动力的化学自由度来捕获广泛类别的合成活性颗粒，而不必解析精确的微观机制。我们推导出准静态热力学效率的分析结果，即，可用的化学能中可以作为机械功回收的部分。虽然这种效率对于胶体颗粒来说非常小，但随着耗散的增加而增加，超过线性响应范围，并且在大推进速度下达到最大值。我们的研究结果表明，驾驶超过线性响应制度的主动发动机的效率有重要的后果。
2022-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A Minimal Model for Carnot Efficiency at Maximum Power
本研究提出一种最小热机模型，借助工作物质内的简并度等固有发散物理量，突破传统热机的功率-效率权衡，实现最大功率下的卡诺效率，为多体系统能量利用的集体优势提供新认知。
2024-11-22 cond-mat.stat-mech
Piston-Like Information Engine II: Boundary-Controlled Optimum in Active Matter
Tel Aviv University（特拉维夫大学）
该研究提出类活塞信息引擎II，其功与探测区域尺寸、空置概率的关系异于热系统，随粒子密度切换运行模式，源于活性粒子在边界的聚集。
2026-09-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Minimal model of a heat engine: An information theory approach
我们构建了一个通用的模型，热机使用信息理论的概念，归因于不可逆的能量耗散的信息传输通道。使用几种形式的通道容量，经典的和量子的，我们证明了我们的模型恢复卡诺原理在可逆的限制，和通用的最大功率效率的表达不可逆热力学的线性响应制度。我们期望该模型作为研究热力学基本课题的试验平台非常有用。
2010-02-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Extracting maximum power from active colloidal heat engines
胶体热机通过操纵受限示踪剂从波动浴中提取能量。考虑到一个自走式示踪剂包围浴被动胶体，我们优化发动机性能的基础上，最大可用功率。我们的方法依赖于一个绝热的平均场处理浴粒子，减少了多体描述成一个有效的示踪剂动力学。它使我们揭示，当在恒定的活动操作时，发动机只能产生比其被动对应物少的最大功率。相比之下，等温发动机的输出功率，与循环变化的自推进没有任何被动等效操作，表现出最佳的限制和活动。直接数值模拟的微观动力学支持这些结果的有效性，甚至超出平均场制度，与潜在的相关性的实验发动机的设计。
2018-04-23 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Single active particle engine utilizing a non-reciprocal coupling between particle's position and self-propulsion
我们最近认为，自推进粒子在形式上等价于由两个通过非互易相互作用耦合的子系统组成的系统[Phys. Rev. E 100，050603（R）（2019）]。在这里，我们表明，这种非互易耦合允许提取有用的工作，从一个单一的自推进粒子保持在恒定的温度下，通过使用对齐的相互作用，影响粒子的位置和自推进之间的相关性。
2020-07-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Minimal model for active nematics: quasi-long-range order and giant fluctuations
我们提出了一个最小的微观模型的积极的粒子类似的精神Vicsek模型的自推进的极性粒子。在二维情况下，我们证明了该模型表现出类似Kosterlitz的向准长程取向有序的转变，并且在这种非平衡的情况下，有序相的特征是巨大的密度涨落，这与Ramaswamy { \it et al.}（Europhys）Lett. { \bf 62}，196（2003）]。
2006-03-03 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling transitions between nonequilibrium states through active bath engineering
University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学）；Institut de Sciences et d’Ingénierie Supramoléculaires, University of Strasbourg（斯特拉斯堡大学超分子科学与工程研究所）；Laboratoire de Physique de l’ENS de Lyon, CNRS, ENS de Lyon（里昂高等师范学院物理实验室，法国国家科学研究中心）；Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg（斯特拉斯堡材料物理与化学研究所）；City University of Hong Kong（香港城市大学）
该研究以噪声色为控制参数开发协议，通过实验实现主动非平衡稳态间的快速转变，同时揭示了有限时间转变的速度极限及优化方向。
2026-10-09 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Shortcut engineering of active matter: run-and-tumble particles
本文将捷径工程方法拓展至 run-and-tumble 粒子，给出谐振子势中一维系统的快速控制通用解，并通过数值模拟证明其相比淬火方案能显著加速，为活性物质控制提供了新工具。
2023-04-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimisation of an active heat engine
在微尺度上优化热机在生物和人工纳米技术中有应用，并刺激非平衡统计物理学的理论研究。在这里，我们考虑非相互作用的过阻尼粒子所限制的外部谐波势，接触热库或随机自推进力（主动Ornstein-Uhlenbeck模型）。一个周期性的机器是由电势和噪声参数的周期性变化产生的。被动和主动模型之间的精确映射允许我们定义有效温度$T_{eff}(t)$，这对发动机的热力学性能是有意义的。我们表明，$T_{eff}(t)$是不同的，从所有其他已知的活动温度，通常用于静态的情况下。该映射允许我们优化主动发动机，无论持续时间或自推进速度的值如何。特别是-通过线性不可逆热力学（小振幅的周期）-我们给出了明确的公式，最佳周期和相位延迟（两个调制参数，刚度和温度之间）实现最大功率与Curzon-Ahlborn效率。在准静态极限下，$T_{eff}(t)$的公式简化并与最近提出的随机热力学温度相吻合，具有最大效率的紧凑表达式。在最近的文献中被忽视的一点是，在没有一致的有效温度定义的情况下，定义效率是困难的。
2021-02-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Autonomous engines driven by active matter: Energetics and design principles
由于其非平衡特性，处于稳定状态的活性物质可以驱动发动机，这些发动机克服恒定的机械力或扭矩自主地提供功。作为一个通用的模型，这样的发动机，我们认为系统包含一个或多个主动组件和一个单一的被动的是不对称的几何形状或其相互作用。通常，人们期望这种不对称性导致无源元件中的持续定向电流，其可用于提取功。我们验证了这一期望的极小模型组成的一个积极的和一个被动的粒子在一维晶格。它使我们能够确定各向同性活动转化为定向工作的效率的物理一致性措施。对于具有连续自由度的系统，在相当一般的条件下，不能使用一维几何提取功。相比之下，我们提出了一个可移动的被动障碍，最适合提取的工作，我们比较分析结果的理想化的工作提取机制的二维形状。对于许多非相互作用的活性粒子的设置，我们使用平均场的方法来计算的功率和效率，我们通过模拟验证。令人惊讶的是，这种方法揭示了与被动障碍物的相互作用可以介导原本不相互作用的活性颗粒之间的协同性，这显著提高了每个活性颗粒的提取功率。
2019-11-14 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Minimal-backaction work statistics of coherent engines
Institute for Theoretical Physics I, University of Stuttgart（斯图加特大学理论物理第一研究所）；Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学物理研究所）；EUCOR Centre for Quantum Science and Quantum Computing, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg（弗赖堡大学EUCOR量子科学与工程中心）
本文提出了一种保持量子相干性的微创测量方案，用于研究相干引擎的能量交换统计，对比了传统两点测量协议的局限性。
2026-03-05 cond-mat.stat-mech quant-ph
A stochastic Stirling engine powered by an active particle
本文研究由活性粒子驱动的随机斯特林发动机模型，通过周期性调节活性粒子速度与谐振子势能实现循环，分析了不同时间尺度对发动机准静态与有限时间性能及效率的影响。
2025-05-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Stochastic Heat Engine Powered By Active Dissipation
纳米器件的热力学是一个活跃的研究领域。尽管它们周围有噪音，但它们经常产生机械功（例如微型热机），显示整流布朗运动（例如分子马达）。这就需要对实验上可量化的热力学效率进行研究。在这里，布朗粒子被具有时间周期性收缩和膨胀的谐波约束所驱动。该系统通过交替地（时间周期性地）连接到具有不同耗散率的浴槽来做功。我们从理论上分析了系统使用随机热力学。热力学量如功、热、效率、熵的变化在长循环时间内通过分析发现。模拟也在不同的周期时间进行。他们表现出良好的协议与分析计算在长周期的时间限制。利用仿真研究了工作、效率和效率的大偏差函数的分布。我们相信，我们的模型的实验实现是可能的。
2018-10-04 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
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
Stochastic Work Extraction in a colloidal heat engine in presence of colored noise
从合成的活性装置，如自推进的Janus胶体到微生物，如细菌，微藻，组织中的活细胞，活性波动无处不在。小系统的热力学包括热涨落和主动涨落，这是非常重要的。它们可以用来提取热力学功。在这里，我们提出了一个简单的模型系统，可以利用积极的波动产生热力学工作。我们考虑一个布朗粒子，被一个外控的谐波约束所捕获，该约束通过调节它的弹性常数（如光镊）而周期性地收缩和膨胀。该系统产生的工作，交替连接到两个浴缸一个被动和其他主动，建模为指数相关的噪声，打破了波动耗散定理。在准静态极限下精确计算了系统的平均效率。用数值方法研究了非准静态区。通过与被动式微热机的比较，我们还发现，根据所选择的参数空间，主动式微热机可以更有效。我们还相信，我们的模型可以实现实验的帮助下，细菌浴。
2019-06-20 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the efficiency of an autonomous dynamic Szilard engine operating on a single active particle
本文研究单活性粒子驱动的自主动态西拉德发动机，通过引入显式测量装置和反馈控制回路，用超额熵产生量化测量成本，揭示测量精度对发动机效率的影响。
2024-01-16 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Collective order reorganizes dissipation and powers an active engine
TU Dresden（德累斯顿工业大学）；Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics（马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所）；Univ. Lille, CNRS, ONERA, Arts et Metiers Institute of Technology（里尔大学、法国国家科学研究中心、法国航空航天实验室、巴黎国立高等工艺学院）；University of Luxembourg（卢森堡大学）
本研究通过合成运动球体实验系统，首次实现集体运动的时间分辨功率预算，发现有序转变提高运动效率并重组耗散路径，据此构建可对外做功的主动引擎。
2026-09-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Active Quantum Particles from Engineered Dissipation
Collège de France（法兰西学院）；PSL Research University（巴黎文理研究大学）；Sorbonne Université（索邦大学）；The Abdus Salam International Center for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆理论物理国际中心）；Università di Napoli “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）
研究通过工程耗散实现活性量子粒子的不同模型，揭示其在长时程中从扩散到活性扩散行为的转变及边界条件的影响。
2026-03-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas cond-mat.soft
Collective heat engines via different interactions: Minimal models, thermodynamics and phase transitions
本文研究了与冷热源接触的相互作用单元框架的热力学与动力学，探讨了热浴接触方式、耦合及拓扑对相变线的影响，发现Potts相互作用的性能优于BEG。
2025-08-11 cond-mat.stat-mech
Optimal active engines obey the thermodynamic Lorentz force law
NSF-Simons National Institute for Theory and Mathematics in Biology（NSF-西蒙斯生物理论与数学国家研究所）；Department of Physics, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校物理系）；Redwood Center For Theoretical Neuroscience, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校红woods理论神经科学中心）；Department of Physics and Astronomy and the Center for Soft and Living Matter, University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学天体物理学与天文学系及软物质与生命物质中心）；Department of Neuroscience, University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校神经科学系）
通过将有限时间功提取问题重写为洛伦兹力拉格朗日作用量，证明最优协议满足热力学状态空间中的洛伦兹力定律，并揭示F1分子马达的恒速角钳协议是全局最优的。
2026-10-16 cond-mat.stat-mech
Boundary shape engineering for the spatial control of confined active particles
Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）；Institute of Biophysics, HUN-REN Biological Research Centre（匈牙利研究网络生物研究中心生物物理研究所）；Laboratory for Molecular Photobioenergetics, Institute of Plant Biology, HUN-REN Biological Research Centre（匈牙利研究网络生物研究中心植物生物学研究所分子光生物能学实验室）；University of Szeged（塞格德大学）
针对活性粒子分布对容器边界敏感但缺乏通用几何控制理论框架的问题，提出基于辐射测量通量传递形式的边界方法，通过模拟验证预测并实现微藻空间控制，为粒子分布预测及容器形状设计提供方案。
2024-10-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Markovian robots: minimal navigation strategies for active particles
我们探索最小的导航策略，主动粒子在复杂的，动态的，外部领域，引入一类自主的，自推进的粒子，我们称之为马尔可夫机器人（MR）。这些机器配备了导航控制系统（NCS），可以触发机器人自推进方向的随机变化。NCS的内部状态由采用两个值的布尔变量描述。这个布尔变量的时间动态是由一个封闭的马尔可夫链决定的--确保动态中没有固定点--其转换率可能完全取决于外部场的瞬时局部值。重要的是，NCS不会将该值的过去测量值存储在连续的内部变量中。我们发现，尽管有很强的约束，它是可以构思封闭的马尔可夫链图案，导致非平凡的运动行为的MR在一个，两个和三个维度。通过分析降低的NCS动态的复杂性，我们得到了一个有效的描述的MR的长时间运动行为，使我们能够确定的最低要求在NCS图案和过渡率的设计，以执行复杂的导航任务，如自适应梯度以下，检测最小值或最大值，或选择一个所需的值在一个动态的，外部领域。我们把这些想法在实践中组装一个机器人，建议的极简NCS操作，以评估MR的鲁棒性，提供了一个概念验证，可以通过复杂的信息景观导航与这样一个简单的NCS，其内部状态可以存储在一位。这些想法可能对小型机器人的工程设计有用。
2018-04-13 cond-mat.stat-mech
Minimal model for active particles confined in a two-state micropattern
我们提出了一个极小模型，基于活性布朗粒子，细胞的动力学限制在一个两个状态的微观模式，由两个矩形盒连接的桥梁，并调查的过渡统计。当活动粒子穿过桥的中心时，发生框之间的过渡，并且后续过渡之间的时间是停留时间。通过假设转动扩散时间$τ$是位置的函数，实验观察到的跃迁统计的主要特征被恢复。$τ$控制从短时间尺度的弹道状态到长时间尺度的扩散状态的转变，有效扩散系数与$τ$成比例。对于小的$τ$值，驻留时间由随$τ$衰减的特征扩散时间尺度确定。对于较大的$τ$值，与壁的相互作用占主导地位，并且颗粒主要停留在盒子的角落处，增加了停留时间。我们发现，有一个最佳的$τ$的停留时间是最小的，它的值可以通过改变图案的几何形状进行调整。
2022-05-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cyclic active refrigerators
University of Houston（休斯顿大学）
本文提出循环主动制冷机的概念，展示了其性能系数可超越传统第二定律限制，并揭示了其作为热机与制冷机的混合行为。
2026-09-21 cond-mat.stat-mech
Minimal mechanism for flocking in phoretically interacting active particles
Indian Institute of Technology Madras（马德拉斯印度理工学院）
本文提出了一种在低到中等密度下，由化学排斥扭矩维持的活性胶体粒子聚集转变机制，揭示了维持全局极性序的最小要求，并通过流体动力学稳定性分析验证了基于粒子模拟中观察到的聚集态失稳转变。
2025-10-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Control of active field theories at minimal dissipation
本文针对活性非平衡系统提出热力学一致的优化框架，区分协议热与总热，发现总热存在全局最小值，并揭示稳态耗散景观调控最优控制策略的交叉。
2025-06-02 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of a minimal collective heat engine: Comparison between engine designs
该研究针对集体热机构型研究不足的问题，提出了双相互作用纳米机构成的最小集体热机的碰撞/序贯描述，证明合理设计相互作用可提升热机性能，且双热库同时接触是该框架的特例。
2023-12-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.soft
Mechanical pressure and work cycle of confined active Brownian particles
我们推导出一个解析表达式的机械压力的一个通用的一维模型的封闭的活性布朗粒子（ABPs），是有效的所有值的Peclet数Pe和所有限制的情况。我们的模型再现了已知的体压与Pe ^[2]的标度关系，而在强约束压力下则与Pe标度关系。我们的分析结果很好地再现了模拟的ABPs在2D。我们使用压力公式来计算发动机所做的功及其效率。特别是，效率最大化的工作周期与有限的周期，而不是在无限慢循环的限制，在热力发动机。
2021-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Large-scales patterns in a minimal cognitive flocking model: incidental leaders, nematic patterns, and aggregates
我们研究了一个最小的认知群集模型，它假设移动实体导航完全使用可用的瞬时视觉信息。该模型由没有记忆的活性粒子组成，它们通过一种短程的、基于位置的、在视锥（VC）内作用的吸引力相互作用，并且缺乏速度-速度对齐。我们表明，这个活跃的系统可以表现出-由于VC，打破牛顿第三定律-各种复杂的，大规模的，自组织的模式。根据参数值，我们观察到出现的聚集体或铣削样的图案，形成移动-局部极性-文件与粒子在这些结构的前面作为有效的领导者，和自组织的粒子到宏观的非线性结构，导致长期的非线性秩序。结合模拟和非线性场方程，我们表明，基于位置的主动模型，作为这里分析的一个，代表了一类新的主动系统从根本上不同于其他主动系统，包括基于速度对齐的植绒系统。报告的结果是最重要的研究，解释和建模的集体运动模式在生活和非生活的主动系统。
2019-12-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Poisson-shot-noise hybrid machines: efficiency and quasistatic divergence
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）；Okinawa Institute of Science and Technology (OIST)（冲绳科学技术大学院大学）；ICTP – The Abdus Salam International Centre for Theoretical Physics（阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心）；Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati（国际高等研究院）；Institute of Physics & Astronomy, University of Potsdam（波茨坦大学物理与天文学研究所）
研究过阻尼布朗粒子在谐振势阱中同时接触热浴和活性浴的随机热机模型，通过泊松散粒噪声模拟活性浴，发现混合机器在特定参数下可超越卡诺效率，并引入信息论度量“准静态散度”来界定真实效率。
2026-06-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Sticking Transition in a Minimal Model for the Collisions of Active Particles in Quantum Fluids
低速粒子在超流体中无耗散地运动，它们碰撞时可以相互作用并发出声音。我们提出了一个极小模型，其中粒子的运动方程，包括短程排斥力，自洽耦合的Gross-Pitaevskii方程。我们使用这个模型来证明存在一个有效的超流介导的吸引力之间的相互作用的粒子，我们研究了数值粒子的碰撞动力学作为其入射动能和排斥力的长度尺度的函数。我们发现从几乎弹性的过渡到完全非弹性（粘）碰撞的参数进行调整。我们发现，聚集和集群的结果，从这个粘在多粒子系统中的过渡。
2016-03-18 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.flu-dyn
Emergent memory from tapping collisions in active granular matter
通过振动激发活性粒子实验，发现活性背景与被动示踪粒子的多次相关碰撞会产生持久记忆，并提出广义活性爱因斯坦关系来描述涨落、耗散与有效活性，为调控活性系统性质提供新途径。
2023-10-30 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Collective advantage from a minimal record in a quantum information engine
School of Science, Xihua University（西华大学理学院）；Key Laboratory of High Performance Scientific Computation, Xihua University（西华大学高性能科学计算重点实验室）；Chengdu Academy of Educational Sciences（成都市教育科学研究院）
本研究证明，在量子信息引擎中，仅测量最左侧粒子位置的粗略测量可提供与粒子数无关的能量界限，使集体引擎每记录nat的功比独立引擎多44%，直至泡利阻塞终止该优势。
2026-09-22 cond-mat.quant-gas cond-mat.stat-mech physics.atom-ph
The problem of engines in statistical physics
发动机是开放的系统，可以周期性地产生功，以外部不平衡为代价。它们在自然界和技术中无处不在，但在过去300年的数学物理课程中，它们的时间动力学往往成为理论盲点。这妨碍了统计力学应用于包括生命物质在内的主动系统的实用性。我们认为，开放量子系统理论的最新进展，再加上新的兴趣，了解如何积极的力量，结果从不同的宏观自由度之间的正反馈耗散的存在，指向一个更现实的描述自治引擎。我们提出了一个一般概念的发动机，有助于澄清其热量和功输出之间的区别。在此基础上，我们展示了如何外部加载力和热噪声可能被纳入相关的运动方程。这修改了通常的福克-普朗克和朗之万方程，提供了一个简单的振荡和旋转发动机的不可逆动力学的数学上完整的配方。
2021-08-17 cond-mat.stat-mech nlin.AO quant-ph
Minimal Agent Based Model for Financial Markets I: Origin and Self-Organization of Stylized Facts
我们引入了一个最小的基于代理的模型金融市场理解的性质和自组织的风格化的事实。该模型是最小的意义上说，我们试图确定的基本成分，以重现主要的最重要的偏离价格时间序列从随机游走行为。我们专注于四个基本要素：基本面代理人，往往稳定市场;图表代理人，诱导不稳定;分析的价格行为的两个战略;羊群行为，管理的可能性，改变战略。泡沫和崩溃对应于图表主义者主导的情况，而基本面主义者提供了长期稳定（平均而言）。程式化的事实被证明是对应于一个间歇性的行为，只发生在一个有限值的代理N的数量。因此，它们对应于有限尺寸效应，然而，这可能发生在不同的时间尺度上。我们提出了一种新的机制，这种状态的自组织是链接到存在的阈值的代理是活跃或不活跃。价格波动和活跃代理商数量之间的反馈是这种自组织间歇状态的关键因素。该模型可以很容易地推广到考虑更现实的变量。
2008-08-26 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-fin.TR
Biochemical Szilard engines for memory-limited inference
通过开发和利用一个明确的分子实现的测量和反馈驱动的Szilard引擎，我们研究了从复杂的环境中提取工作的最小机器与有限的内存和决策能力。生命系统执行推理以利用其环境中的复杂结构或相关性，但这样做所涉及的物理限制和潜在的成本/效益权衡仍然不清楚。为了探讨这些问题，我们考虑一个极小模型的结构化环境-一个相关的分子序列-和探索机制的基础上扩展Szilard引擎提取存储在这些非平衡相关性的工作。我们认为系统限制在一个单一的内存位，使二进制的“选择”在每一步。我们证明，越来越复杂的环境允许越来越复杂的推理策略，以提取更多的能量比简单的替代品，并认为，这种机器的最佳设计还应考虑所需的能量储备，以确保对由于错误的波动鲁棒性。
2019-05-17 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
