Geometric decomposition of information flow for overdamped Langevin systems and optimal transport in subsystems
The University of Tokyo（东京大学）；Kyoto University（京都大学）；RIKEN（理化学研究所）
本文通过几何分解信息流的方法，将信息热力学的第二定律推广到过阻尼朗之万系统，提出过剩和维持妖的概念，并推导出热力学不确定性关系和速度限制。
2026-08-21 cond-mat.stat-mech
Optimal finite-time processes in weakly driven overdamped Brownian motion
对热力学功最优化的完整物理理解仍然是随机热力学中一个重要的开放性问题。我们解决这个问题，在有限时间和弱过程的线性响应理论的哈密顿方法。我们推导了相应的欧拉-拉格朗日方程，讨论了它的主要特征，并以过阻尼状态下的受迫布朗运动为例进行了说明。我们表明，所获得的最佳协议相吻合，在适当的限制，与随机热力学的精确解，甚至可以是相同的，提出了众所周知的跳跃。然而，我们的方法表明，跳跃在极端的过程是一个很好的优化策略，在政权的快速但弱的过程中的任何驱动系统。此外，我们表明，快速但弱的最佳协议是时间反演对称的，直到现在仍然隐藏在远离平衡的精确解的属性。
2022-08-17 cond-mat.stat-mech
Anomalous thermodynamics at the micro-scale
微观尺度下的粒子运动是一场持续不断的拔河，一边是热涨落和外力，另一边是流体粘性施加的强大阻力。摩擦力是如此之强，以至于完全忽略惯性--过阻尼近似--给出了对实际粒子力学的极好的有效描述。与此结果形成鲜明对比的是，在这里，我们表明，过阻尼近似显着失败时，热力学量，如在环境中的熵产生被认为是在温度梯度的存在下。在极小但有限惯性的极限下，我们发现熵的产生是由一个反常的贡献所支配的，即在过阻尼近似中没有对应的贡献。这种现象，我们称之为熵异常，是由于当运动到小的有限惯性极限时发生的惯性破缺。反常熵的强烈产生可以追溯到沿温度梯度的强烈扫掠。
2012-11-29 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic uncertainty relation for Langevin dynamics by scaling time
热力学不确定性关系（TUR）量化了非平衡过阻尼朗之万动力学中电流涨落和耗散之间的关系，使其成为平衡统计力学中涨落耗散定理的自然对应物。对于欠阻尼的朗之万动力学，已知情况更为复杂，动力学活动也在限制电流波动的幅度方面发挥作用。这些欠阻尼TUR-like边界的进展主要来自于信息论Cramér-Rao不等式的应用。在这里，我们提出了另一种观点，采用大偏差理论。该方法提供了一个通用的，统一的治疗TUR-like的界限为过阻尼和欠阻尼朗之万动力学建立在当前的波动实现缩放时间。我们得出的界限，按照这种方法是类似的已知结果，但与差异，我们讨论和合理化。
2022-10-02 cond-mat.stat-mech
Phase Diagram and Thermodynamic and Dynamic Anomalies in a Pure Repulsive Model
使用蒙特卡罗模拟，检查仅具有排斥相互作用的格子气模型是否存在异常。我们表明，该系统表现出的密度（温度的最大密度- TMD）和扩散异常，目前在液态水。这些反常行为存在于化学势-温度相图中存在两种结构相的区域。在TMD线附近还观察到一个由弱到强的动力学转变。
2014-02-04 cond-mat.stat-mech
Effect of viscous friction on entropy, entropy production and entropy extraction rates in underdamped and overdamped media
考虑到粘性摩擦力随时间和空间的变化，导出了布朗粒子在过阻尼和欠阻尼介质中运动时的熵产生率、自由能和熵提取率的一般表达式.通过已知的欠阻尼和过阻尼介质的随机方法，热力学表达式首先在轨迹水平推导，然后推广到系综水平。为了研究布朗粒子在粘性随时间变化的介质中跳跃时的非平衡热力学特性，考虑了布朗粒子在周期性等温介质（有无负载）上的运动.精确的分析结果表明，在没有负载$f=0$的情况下，熵产生率${\dot e}_{p}$接近熵提取率${\dot h}_{d}=0$。这是合理的，因为任何与均匀温度接触的系统都应该在长时间内遵守细节平衡条件。在存在载荷的情况下，当粘性摩擦在空间上或时间上减小时，熵$S(t)$随时间单调增加，并且随着$t$进一步增加而饱和到恒定值。熵产生率${\dot e}_{p}$随时间和稳态（存在负载时）${\dot e}_{p}={\dot h}_{d}>0$降低。相反，当粘性摩擦在空间上或时间上增加时，熵产生的速率以及熵提取的速率单调地上升，表明这种系统本质上是不可逆的。
2021-04-23 cond-mat.stat-mech
Free energy and entropy production rate for a Brownian particle that walks on overdamped medium
我们推导出一般表达式的自由能，熵产生和熵提取率的布朗粒子，走在粘性介质中，其运动的动力学是由朗之万方程。结果表明，当系统处于非平衡状态时，系统不断地产生熵，同时又不断地从系统中提取熵。它的熵产生和提取率随时间减少并饱和到一个恒定值。在长时间限制下，熵产生率与熵提取率平衡，在平衡时熵产生率和提取率都为零。此外，考虑到不同的模型系统，我们不仅研究了各种热力学量的时间行为，而且我们还详细讨论了涨落定理。
2016-06-27 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of a Colloidal Particle in a Time-Dependent Non-Harmonic Potential
研究了过阻尼胶体粒子在含时非简谐势场中的运动。我们证明了第一定律之间的平衡应用的工作，交换热量，和内能的水平上的一个单一的轨迹。所观察到的应用工作的分布是明显的非高斯与数值计算吻合得很好。Jarzynski关系和一个详细的波动定理得到了很好的精度验证。
2005-12-19 cond-mat.stat-mech
Boundary layers in stochastic thermodynamics
本文研究随机热力学中放热或耗散功的优化问题。在过阻尼限制这些泛函有奇异的解决方案，以前被解释为协议跳跃。我们表明，正规化，惩罚一个适当定义的加速度，改变跳跃到有限宽度的边界层。我们表明，在消失的极限边界层宽度没有热量耗散的边界层，而工作可以做。我们进一步给出了一个新的解释的事实，即最佳协议在过阻尼极限的最佳确定性运输（Burgers方程）。
2011-11-11 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech math-ph
Optimal Control of Overdamped Systems
非平衡物理学涵盖了广泛的自然和合成的小尺度系统。优化这些系统的过渡将是至关重要的纳米技术的发展，并可能揭示在分子水平上的生物过程的物理原理。最近的工作表明，当一个热力学系统被驱离平衡，然后空间的可控参数有一个广义逆扩散张量诱导的黎曼几何。我们推导出一个简单的，紧凑的表达的逆扩散张量，仅依赖于平衡信息的广泛的一类潜力。我们用这个公式计算了两个与小尺度信息处理和生物分子马达有关的模型系统的最小耗散。在第一个模型中，我们最佳地删除一个单一的经典位的信息建模的过阻尼粒子在一个光滑的双阱势。在第二个模型中，我们发现一个简单的分子马达模型耦合到一个光阱的最小耗散。在这两个模型中，我们发现，最佳协议的最小耗散是成反比的协议持续时间，正如预期的那样，虽然耗散的擦除模型采取不同的形式比我们以前发现的类似系统。
2015-08-31 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic anomalies in open quantum systems: Strong coupling effects in the isotropic XY model
利用一维各向同性XY自旋链的精确可解模型研究开放系统的热力学。为此，将链条细分为两部分，一部分被视为系统，而其余部分被视为环境或浴室。该体系的平衡性质表现出负熵、负比热、负磁化率随温度的变化以及体系与熔池之间的耦合强度等反常现象。用简化的密度矩阵研究了该系统的统计力学。在零温度下，对于一定的参数值，我们观察到基态的变化，这种情况类似于量子相变。
2010-10-13 cond-mat.stat-mech
Twist-controlled thermodynamic anomalies in bilayer q-state clock models
South China Normal University（华南师范大学）
本文通过蒙特卡洛模拟研究铁磁双层q态时钟模型，发现扭转可调控其热力学异常，改变比热峰的数量与结构，为调控离散自旋系统的热响应及相变行为提供新途径。
2026-10-16 cond-mat.stat-mech
Time reversibility and nonequilibrium thermodynamics of second-order stochastic processes
研究了一般二阶随机系统的非平衡态热力学。我们证明了在稳态下，在速度反演下，相空间上的时间可逆性条件等价于空间通量的反对称性和速度通量的对称性。然后，我们表明，时间可逆性的条件单独不能总是保证麦克斯韦-玻尔兹曼分布。比较这两个条件，我们发现，摩擦力自然出现的唯一奇项的热力学平衡的总的力量，其次是爱因斯坦关系。这两个条件分别对应于两个先前报道的不同的熵产生率。当外力仅与位置有关时，两个熵产生率为一。我们证明了这样的熵产生率可以分解成两个非负项，分别表示为条件的平均值和方差的热力学力与不可逆的速度通量在任何给定的空间坐标。在小惯性极限下，前一项成为过阻尼动力学的熵产生率，而反常熵产生率则来源于后一项。此外，关于第一定律和第二定律之间的联系，我们发现，在这种极限的稳态下，异常熵产生率也是欠阻尼和过阻尼动力学空间散热密度之间的波尔兹曼因子加权差的主导阶数，而它们的未加权差总是趋于消失。
2015-10-27 cond-mat.stat-mech
Stochastic Thermodynamics on Time-Evolving Curved Spaces
The University of Tokyo（东京大学）；RIKEN Center for Advanced Intelligence Project (AIP)（理化学研究所先进智能项目中心）；Inamori Research Institute for Science (InaRIS)（稻盛科学技术研究所）
针对具有时变度规的过阻尼朗之万系统，构建了随机热力学框架，揭示了度规时间变化对能量平衡的贡献，并证明了熵产生满足热力学第二定律。
2026-06-15 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Minimal dissipation with viscoelastic baths in weakly driven processes
本文用带记忆的广义 Langevin 方程分析弱驱动过阻尼系统，推导热力学一致条件、两类谐振阱协议的弛豫行为及最小不可逆功协议，揭示黏弹性记忆可加速弛豫并降低耗散。
2025-10-21 cond-mat.stat-mech
Thermodynamics of underdamped Brownian collisional engines: New insights and resonant phenomena
本文将碰撞发动机概念拓展至欠阻尼布朗粒子，系统比较欠阻尼与过阻尼功-功发动机性能，发现欠阻尼发动机因存在共振区域而在广泛参数范围内同时提升效率与功率输出，揭示了动力学选择与驱动协议对优化发动机性能的关键作用。
2024-06-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.other cond-mat.soft
Waterlike thermodynamic anomalies in a repulsive-step potential system
本文用计算机模拟研究了具有排斥阶跃势的三维质点系的平衡相图。使用自由能计算得到的相图。在低温下，我们观察到许多不同的晶相。结果表明，在一定的势参数值下，系统表现出类似水的热力学异常：密度异常和扩散异常。随着排斥阶宽的增加，异常消失：它们的位置移动到晶相内的区域。
2008-12-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic anomalies in the presence of dissipation: from the free particle to the harmonic oscillator
耦合到热浴的自由粒子可以表现出许多热力学异常，如负比热或重入经典性。这些低温现象预计将在非常低的温度下进行修改，其中与能谱的离散性相关的有限尺寸效应变得相关。本文探讨了阻尼谐振子中自由阻尼粒子的热力学反常以何种形式出现。由于充分考虑了振子能谱的离散性，结果对任意温度都是有效的。正如预期的那样，它们与热力学第三定律一致，并表明自由阻尼粒子的热力学异常如何与第三定律相协调。特别注意的是，从谐振子到自由粒子的过渡时，采取的限制的振荡器频率为零。
2014-02-25 cond-mat.stat-mech quant-ph
Thermodynamic, Dynamic, Structural and Excess Entropy Anomalies for core-softened potentials
使用分子动力学模拟，我们研究了三个家庭的连续核心软化潜力组成的两个长度尺度：肩规模和吸引力的规模。所有的族在两个长度尺度之间具有相同的斜率，但在它们之间表现出不同的势能隙。对于每个系列，分析了三个肩部深度。我们发现，所有这些系统都表现出一个高密度液相和低密度液相之间的液-液相变在一个临界点结束。所有情况下的临界温度相同，表明临界温度仅取决于两个标度之间的斜率。临界压力随着两尺度间势能差的减小而减小，表明压力是形成高密度液体的原因。我们还表明，使用径向分布函数和过剩熵分析，密度，扩散和结构的异常，如果粒子从吸引尺度移动到肩尺度与温度的增加，表明异常的行为只取决于发生了什么事的第二配位壳。
2011-06-24 cond-mat.stat-mech
Bridging Freidlin-Wentzell large deviations theory and stochastic thermodynamics
本研究在过阻尼Langevin系统中建立了Freidlin-Wentzell大偏差理论与随机热力学的联系，推导了准势的级数展开式，证明了逃逸率的熵产生界，为耗散亚稳态非平衡热力学研究提供了基础。
2024-09-11 cond-mat.stat-mech
Mittag-Leffler Quantum Statistics and Thermodynamic Anomalies
University of Mohaghegh Ardabili（莫哈格赫阿尔达比勒大学）；Babol Noshirvani University of Technology（巴博尔努什拉瓦尼理工大学）
本文提出Mittag-Leffler玻色-爱因斯坦和费米-狄拉克分布，揭示了非平衡效应和广义热力学行为，展示了无相互作用下的凝聚现象和负热容量特征。
2025-11-08 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic, Dynamic and Structural Anomalies for Shoulder-like potentials
利用分子动力学模拟，我们研究了一个家庭的连续核心软化潜力组成的硬核，在最近的距离和一个有吸引力的井在更远的距离的肩膀。排斥肩和井距离代表两个长度尺度。我们表明，如果第一个规模，肩，是排斥性的或有一个小的井，潜在的压力-温度相图中的密度，扩散和结构异常的区域。然而，如果最接近的尺度变成深吸引阱，则压力-温度相图中存在三个异常的区域收缩并消失。这一结果使我们能够预测的形状的核心软化势，如果异常会或不会存在。
2009-06-24 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Force Geometry and Irreversibility in Nonequilibrium Overdamped Dynamics
University of Louisiana at Lafayette（路易斯安那大学拉斐特分校）；SRM University-AP（SRM大学安得拉邦校区）
研究通过力几何揭示非平衡热力学中不可逆性的结构原理，提出力对齐作为决定不可逆性的几何决定因素，并构建了力空间控制图以解释实验观测到的波动-耗散反相关性和非均匀耗散。
2026-10-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Thermodynamic and Dynamic Anomalies for Dumbbell Molecules Interacting with a Repulsive Ramp-Like Potential
采用碰撞驱动离散分子动力学（DMD）方法，研究了由500个哑铃分子组成的系统在一个由等大小的$n$台阶组成的纯排斥斜坡型离散势作用下的热力学和动力学行为.我们比较了这两个系统的行为，$n = 18$和$n = 144$步骤。每个系统都表现出热力学和动力学异常，密度最大值和平移和旋转迁移率显示异常行为。从非常稠密的系统开始并降低密度，两种迁移率首先增加，达到最大值，然后减少，达到最小值，最后增加;这种行为类似于SPC/E水的行为。在压力-温度平面中的平移和旋转的流动性异常的区域强烈地依赖于$n$。与大多数液体的行为相反，平移扩散系数和取向相关时间的乘积随温度而增加。
2006-03-25 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Field-Theoretic Thermodynamic Uncertainty Relation -- General formulation exemplified with the Kardar-Parisi-Zhang equation
我们介绍了一个领域理论的热力学不确定性关系的一个扩展到目前为止推导的马尔可夫动力学的离散状态和过阻尼朗之万方程。我们首先制定了一个框架，它描述的情况下，一个通用的场论的电流，熵产生和扩散的数量。然后，我们将把这个一般设置应用到一维Kardar-Parisi-Zhang方程，这是非线性场论朗之万方程的一个典型例子。特别是，我们将处理无量纲的Kardar-Parisi-Zhang方程与一个有效的耦合参数测量的强度的非线性。它将表明，场论的热力学不确定性关系持有二阶微扰展开相对于一个小的有效耦合常数。
2019-08-15 cond-mat.stat-mech
Breakdown of The Excess Entropy Scaling for the Systems with Thermodynamic Anomalies
本文模拟研究了Rosenfeld熵标度对不能用有效硬球近似的系统的适用性。研究了三个系统：赫兹球、高斯核模型和软排斥肩势。这些系统在低温下表现出扩散异常：扩散随着密度或压力的增加而增加。结果表明，对于属于有界势类的前两个系统，Rosenfeld标度公式只在无限温度极限下才有效，在无限温度极限下不存在反常现象。对于软排斥肩标度公式是有效的已经在足够低的温度，但是，异常范围之外。
2009-12-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Optimizing optimal transport: Role of final distributions in finite-time thermodynamics
The University of Tokyo（东京大学）；Inamori Research Institute for Science（稻盛科学研究所）
针对过阻尼朗之万系统，本文开发统一框架，利用最优传输理论中最终分布的可变性，结合拉格朗日乘数法推导最优最终分布以最小化有限时间热力学成本，适用于多类任务，可为高速低能耗设备提供设计原则。
2026-10-08 cond-mat.stat-mech
Optimizing Brownian heat engine with shortcut strategy
等温线的捷径提供了一种强有力的方法来加速有限时间内的准静态热力学过程的操纵。我们采用捷径策略来设计和优化布朗热机，并制定了一个几何描述的热力学长度的能量。我们得到了一个紧密的和可达的输出功率的界，这是达到了最佳的协议，以改变控制参数与适当的恒定速度的热力学长度。我们的结果推广了以前的优化在高度欠阻尼和过阻尼制度的一般阻尼的情况下，并适用于任意有限时间周期。
2022-07-15 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic uncertainty relation for underdamped Langevin systems driven by a velocity-dependent force
最近，它已被证明，有一个折衷关系之间的热力学成本和电流波动，称为热力学不确定性关系（TUR）。TUR已经推导出各种过程，如离散时间马尔可夫跳过程和过阻尼朗之万动力学。对于欠阻尼动力学，最近有报道说，一些修改是必要的TUR的应用。在这项研究中，我们提出了一个更广义的TUR，适用于一个系统驱动的速度依赖力的背景下，欠阻尼朗之万动力学，通过扩展的理论Vu和长谷川[预印本arXiv：1901.05715]。我们表明，我们的TUR准确地描述了权衡性能的分子制冷机（冷阻尼），布朗动力学在磁场，和一个活跃的粒子系统。
2019-07-14 cond-mat.stat-mech
On the dynamical anomalies in numerical simulations of selfgravitating systems
根据自相似性假设，利用微正则系综，可以从系统自相似性的标度律定义热力学极限。对自引力系统的这种分析产生了以下热力学极限：使N无穷大，保持E/N^{（7/3）}和LN^{（1/3）}不变，其中保证了玻尔兹曼熵的扩展性S_{B} =lnW（E，N）。它示出了如何考虑这个热力学限制，使我们能够解释的起源动力学异常的自引力系统的数值模拟。
2003-03-23 astro-ph cond-mat.stat-mech
Thermodynamic and structural anomalies of the Gaussian-core model in one dimension
研究了一维经典粒子系统的平衡性质，系统通过高斯型有界排斥势相互作用。尽管没有一个适当的流体-固体相变，我们发现，该系统表现出一个复杂的行为，“异常”的密度和热力学响应功能，密切回顾那些观察到的散装和封闭的液态水。我们还讨论了出现在一个不寻常的结构制度的压缩下的冷流体，其特征在于密度相关性让人想起在集群晶体中发现的有序安排。
2012-01-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Effects of attractive interactions in the thermodynamic, dynamic and structural anomalies of a two length scale potential
利用分子动力学模拟方法研究了粒子质点系通过一个连续的核软化势相互作用的过程，该势由一个硬核、一个最近距离处的肩和一个较远距离处的吸引势阱组成。我们得到了该系统的压力-温度相图的不同深度的可调吸引阱。由于这是一个两个长度尺度的潜力，密度，扩散和结构异常的预期。我们表明，增加分子之间的吸引力的相互作用的效果是收缩的区域中的密度和扩散异常的压力。如果引力太强，粒子将主要处于两个长度尺度之一，没有观察到扩散异常密度。构造异常区在所有情况下都存在。
2010-05-31 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Communication: Two-structure thermodynamics unifying all scenarios for water anomalies
水在超冷区的反常行为（即大气压下密度的降低和响应函数的急剧增加）主要与液-液临界状态的存在或重新进入汽-液旋节线进入正压有关。尽管不同的起源，这两种情况下引入分歧的响应函数。我们在通信中阐明，临界性是水异常的背后，水具有正常的汽-液旋节线，并且由于临界点的存在而导致弯曲的密度面，因此预测了重新进入的特征。我们可以证明这一点，通过新的两个结构的状态方程的临界性导致的两个状态和背景状态的非理想混合被模拟的状态方程，这是部署用于预测的汽液Spinodal，而制定的再入方案。
2021-09-02 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Thermodynamic properties of a diluted triangular Ising antiferromagnet in a field
本文采用含关联的有效场理论，研究外磁场与随机格点稀释对三角晶格伊辛反铁磁体磁化强度和磁化率的影响，揭示多种因素共同导致的额外热力学异常。
2013-10-11 cond-mat.stat-mech
Two-State Thermodynamics and the Possibility of a Liquid-Liquid Phase Transition in Supercooled TIP4P/2005 Water
水在过冷液体状态下表现出有趣的热力学和动力学异常。这些异常的起源的一个可能的解释在于在两种（高密度和低密度）形式的水之间存在亚稳的液-液相变（LLPT）。虽然在对散装水和承压水的实验中以及通过类水模型的计算机模拟研究观察到了异常，但水中LLPT的存在仍有争议。大量过冷水中存在LLPT的非生物实验证据受到快速冰成核的阻碍，这是假设的LLPT的前体。此外，假设的LLPT是亚稳态的，原则上不能存在于热力学极限（无限大小，无限时间）。因此，水模型的计算机模拟对于探索亚稳态LLPT的可能性和异常的性质至关重要。在这项工作中，我们提出了新的模拟结果，在NVT系综的最准确的经典分子模型之一的水，TIP 4P/2005。为了描述计算的性质并探索LLPT的可能性，我们应用了双结构热力学，将水视为两种可相互转换的局部结构（“状态”）的非理想混合物。结果表明，存在一个液-液临界点和LLPT在这个模型中的模拟长度和时间尺度。我们比较了TIP 4P/2005与其他流行的类水模型，即mW和ST 2，并与真正的水，所有这些都是很好地描述了两态热力学的行为。鉴于目前的争论涉及不同的研究TIP 4P/2005，我们讨论的亚稳性和有限的尺寸在观察液-液分离的后果。我们还解决了双结构热力学的唯象序参量和低密度结构的微观性质之间的关系。
2016-03-15 cond-mat.stat-mech
Residual entropy and waterlike anomalies in the repulsive one dimensional lattice gas
利用转移矩阵技术和蒙特卡罗模拟研究了具有排斥相互作用的一维格子气的热力学和动力学。这个简单的模型显示出类似水的异常密度，热膨胀系数和自扩散。基于基态相变中混合熵所产生的基态剩余熵，对该模型中的热力学反常现象进行了统一的描述。
2015-03-10 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Enhanced thermodynamic efficiency in time asymmetric ratchets
在绝热极限下，研究了锯齿势中存在时间非对称强迫时过阻尼布朗粒子的能量效率。在文献中对同一问题的早期工作中所犯的一个错误被纠正。我们发现，不对称的潜在的时间不对称的强迫导致更高的效率没有微调的参数。其根源可追溯到反向电流的抑制。我们还提出了一个连续和不连续的棘轮力对这些可测量的量的作用之间的比较研究。我们发现，热涨落可以优化能量转换，但参数的范围是非常小的。该棘轮模型还显示了即使在绝热状态下参数调整时的电流反转。电流的性质，熵产生和输入能量之间的可能的关系也被处理。
2005-02-09 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic anomalies in a lattice model of water: Solvation properties
我们研究了一个水的格子流体模型，定义在一个三维体心立方晶格。模型分子具有四面体对称性，具有四个等效键臂。该模型类似于Roberts和Debenedetti提出的模型[J. Chem. Phys. 105，658（1996）]，通过去除"供体"和"受体"之间的区别而简化。我们专注于溶剂化性质，主要是作为一个理想的惰性（疏水性）溶质而言。正如我们以前的分析，致力于纯净水[J. Chem. Phys. 121，11856（2004）]，我们利用广义一级近似的四面体集群。我们发现，该模型表现出相当连贯的水热力学图片，再现定性观察到的几个异常性质在纯水和疏水溶质的解决方案。就过冷液体水而言，该模型与第二临界点情景是一致的。
2005-04-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamic and dynamic anomalies for a three dimensional isotropic core-softened potential
利用分子动力学模拟和积分方程（Rogers-Young，Percus-Yevick和超网链闭包）研究了粒子与连续核软化分子间势相互作用的热力学.通过仿真分析了系统的动态特性。我们表明，对于选定的形状的潜力，密度，在恒定的压力，有一个最大值为一定的温度。在压力-温度相图中确定了最大密度温度（TMD）线。类似地，在恒定温度下的扩散常数$D$在密度$ρ_{max}$处具有最大值，在密度$ρ_{min}<ρ_{max}$处具有最小值。在压力-温度相图中，扩散系数极值线位于TMD线之外。虽然在这种情况下，粒子间电位缺乏方向性，但这与SPC/E水中观察到的行为相同。
2005-11-12 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Thermodynamics and optimal protocols of multidimensional quadratic Brownian systems
我们刻画了多维二次过阻尼系统的有限时间热力学过程。解析表达式提供的热量，工作，和耗散的系统协方差矩阵的任何演变。协方差矩阵之间的Bures-Wasserstein度量自然地作为耗散的局部量词出现。如何应用这些几何工具，以确定最佳的协议的一般原则进行了讨论。专注于相关的慢驾驶限制，我们展示了如何这些结果可以用来分析的情况下，实验控制系统是部分的。
2022-03-01 cond-mat.stat-mech quant-ph
Phase behaviour and thermodynamic anomalies of core-softened fluids
我们报告了广泛的模拟研究相行为的单组分系统的粒子相互作用，通过核心软化粒子间的潜力。最近提出的两个这样的潜力的例子被认为是一个，其中的硬核表现出一个肩膀，（Sadr-Lahijany等人，物理评论快报。81，4895（1998））和其中软化采取线性斜坡形式的另一种（Jagla，Phys.Rev.E63，061501（2001））。使用国家的最先进的蒙特卡罗方法的组合，我们得到的气体，液体和固体相行为的肩膀模型在两个维度。然后，我们专注于液相的热力学异常，即最大的密度和压缩性作为温度的函数。这些最大值的有限尺寸行为的分析表明，而不是源于一个亚稳态的液-液临界点，如先前所假设的，他们实际上是由二维冻结过渡的准连续性质引起的。对于三维斜坡模型，我们确认存在一个稳定的液-液（“第二”）临界点发生在更高的压力和更低的温度比液-气临界点。这些临界点及其相关共存曲线的部分都以高精度定位。与肩模型相反，发现该模型所观察到的热力学异常是真实的，即它们不是由初期的新相产生的。我们跟踪的轨迹的密度和压缩性的最大值，前者似乎收敛于第二个临界点。
2002-06-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
A comprehensive scenario of the thermodynamic anomalies of water using the TIP4P/2005 model
水的惊人特性使它有资格被称为“反常”液体。水异常在亚稳（过冷/拉伸）区域被大大放大。这使得完整的实验描述变得困难，因为超过一定的限度，亚稳相必然会转变为稳定相。水异常的理论解释，然后可以根据验证良好的水模型的模拟结果。但对模拟的分析尚未达成共识。特别是，最流行的理论方案之一-涉及液-液临界点（LLCP）的存在-是有争议的几个作者。在这项工作中，我们建议使用一些精确的热力学关系，可以在区域的相图以外的LLCP，从而避免了共存区域相关的问题进行测试。连接到其他水异常的中心属性是沿着等压线的密度达到最大值（TMD线）或最小值（TmD）时的温度轨迹，通过成功的水模型TIP 4P/2005的模拟计算。接下来，我们评估了大负压区域的汽液旋节线。这些曲线的形状和它们与响应函数（等温压缩性和定压热容）极值的关系可能有助于阐明理论建议的有效性。通过这种方式，我们能够第一次提出一个全面的方案的热力学水异常TIP 4P/2005和它们的汽液旋节线的关系。整体图片显示出与ST 2水模型的相应图片的显著相似性，近年来已经证明了LLCP的存在。它还提供了一个提示，长期寻求极值的响应函数可能成为实验。
2016-08-01 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Correlation between thermodynamic anomalies and pathways of ice nucleation in supercooled water
公知的经典成核理论（CNT）对于在母亚稳相内形成新稳定相的临界尺寸的核的自由能垒没有考虑具有在母亚稳相和最终稳定相之间的密度/阶数中间的其它亚稳相的影响。这种缺陷可能比CNT中的毛细管近似或球形假设更严重。这个问题在冰成核中特别重要，因为液态水在过冷状态下显示出由两个（高密度和低密度）液相组成的丰富相图。对过冷水的热力学和动力学异常现象的解释，往往会援引两个亚稳液相之间的液-液转变的可能影响。为了研究热力学异常和过冷水中亚稳液相的存在对冰成核的影响，采用密度泛函理论方法计算了相图不同区域的成核自由能垒.该理论作出了一些惊人的预测，如显着降低的成核势垒，由于存在一个亚稳的中间相和交叉的自由能垒对温度的依赖性在液-液临界点附近。这些预测可以通过计算机模拟和受控实验进行测试。
2014-01-08 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Accelerating stochastic processes through nonequilibrium driving: Thermodynamic constraints on the maximum speed-up
University of Padova（帕多瓦大学）；INFN, Sezione di Padova（意大利国家核物理研究所帕多瓦分部）
该研究推导了依赖轨迹的可观测量存活率加速比的热力学边界，通过连续时间马尔可夫跳跃过程和过阻尼扩散两种场景分析，在两类模型系统上验证了相关不等式，为随机过程加速提供了热力学约束。
2026-10-23 cond-mat.stat-mech
On the dynamical anomalies in the Hamiltonian Mean Field model
我们研究了著名的哈密顿平均场模型的物理变量的N依赖性和动力学行为。微正则分析揭示了一个热力学极限，它不同于传统的假设的N-依赖的耦合常数g为1/N：倾向于N？无穷大保持常数E/N^3和g/N，这是保证玻尔兹曼熵扩展性的处方。动力学的分析导致近似的磁化强度密度m的时间演化的一个朗之万方程与乘性噪声的装置。这个方程导致了一个福克-普朗克方程，当时间变量被N相关的时间常数T_{mac} =sqrt（IN/g）标度时，该方程是N无关的，该时间常数表示从磁化强度密度导出的宏观观测值的动态演化的特征时间尺度。这一结果解释了该模型系统的动力学微正则数值计算中观察到的慢弛豫方案的起源。与系统的自相似性的建议。
2003-05-08 cond-mat.stat-mech
Two-structure thermodynamics for the TIP4P/2005 model of water covering supercooled and deeply stretched regions
理解冷水和过冷水异常现象的最有希望的框架之一是假设存在两种相互竞争、相互转化的局部结构。如果混合吉布斯能的非理想性克服了这两种结构的理想混合熵，则预测在液-液临界点处终止的液-液相变。基于这一概念的各种版本的“双结构状态方程”（TSEOS）显示出显着的协议与亚稳态，深过冷水的实验数据和分子水模型的模拟。然而，现有的TSEOS没有被设计成描述负压区域，也没有考虑到液态相对于蒸气的稳定性极限。虽然负压下过冷水的实验数据可能会进一步揭示水的异常来源，但这些数据非常有限。为了填补这一空白，我们分析了TIP 4P/2005的模拟结果，这是最准确的经典水模型之一。我们使用了最近发表的模拟数据，并进行了额外的模拟，在很宽的范围内的积极和消极的压力，从环境温度深过冷条件。我们表明，通过明确地将液-气旋节线到TSEOS，我们能够匹配TIP 4P/2005的模拟数据具有显着的准确性。特别是，这个状态方程定量地再现了密度，等温压缩性和等压热容的极值线。相反的解释的热力学异常的水的基础上的“追溯旋节线”，在本TSEOS的液-汽旋节线继续单调地降低压力冷却后，影响，但不会引起密度极值和其他热力学异常。
2017-12-22 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
Thermodynamic anomalies in a lattice model of water
我们研究了一个水的格子流体模型，定义在一个三维体心立方晶格。模型分子具有四面体对称性，具有四个等效的键合臂，旨在模拟氢键的形成。该模型类似于Roberts和Debenedetti提出的模型[J. Chem. Phys. 105，658（1996）]，简化之处在于没有对键“供体”和“受体”进行区分。键的形成取决于取向和局部密度。在基态，我们表明，两个不同的有序（冰）相是允许的。在有限温度下，我们只分析均匀相，计算出相图、响应函数、最大密度轨迹的温度和Kauzmann线。我们利用广义一级近似的四面体集团。在液相中，该模型表现出在真实水中观察到的几个异常性质。在低温区（过冷液体），有证据表明，第二个临界点，在一定范围内的参数值，这种情况下是兼容的存在一个重入旋节。
2004-07-27 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Structural Order for One-Scale and Two-Scale Potentials
我们进行分子动力学模拟，以调查结构秩序和水的动态和热力学异常球对称势具有一个或两个特征长度尺度之间的关系。第一个势函数只有一个长度尺度，即没有硬核的斜坡直径，第二个势函数有两个长度尺度：一个是斜坡直径（软核），另一个是硬核直径，比率为1.76。结构有序性由平移和取向序参量表征。只有两个规模的斜坡潜力表现出显着相似的水和二氧化硅的结构顺序，动态异常和热力学异常之间的关系。我们发现：（i）动力学和热力学异常都存在于单尺度和双尺度斜坡势中;（ii）类水结构有序异常只存在于双尺度斜坡势中。我们的研究结果表明，结构秩序和异常之间的水的关系是有关的存在两个不同的长度尺度的潜力。
2006-01-24 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
On the relation between information and power in stochastic thermodynamic engines
信息就是力量这句俗语在随机热力学中有严格的形式，两者之间的定量等价有助于解释麦克斯韦恶魔减少熵的能力的悖论。在本文中，我们建立在早期的工作之间的相互作用的相对成本和利益的信息在产生工作的热力学发动机的循环操作（桑德伯格等人。2014年）。具体而言，我们研究了一般情况下的过阻尼粒子在时变电位（控制动作）的反馈，利用连续测量（非线性滤波）的热力学系综，产生适当的适应热力学第二定律，涉及信息。
2021-03-05 cond-mat.stat-mech cs.SY eess.SY
Two-state thermodynamics of the ST2 model for supercooled water
ST 2模型的热力学性质的过冷液体水表现出类似于在真实的水观察到的异常。这些异常现象的一个可能的解释是存在一个亚稳态的，由临界点终止的液-液转变。这种现象，其可能存在于真实的水是目前许多实验工作的主题，已经明确地证明了这个特定的模型，最新的模拟。在这项工作中，我们再现了两个版本的ST 2模型的状态方程描述水作为一个非理想的“混合物”的两种不同类型的本地分子秩序的异常。我们表明，在ST 2水的液-液转变是能量驱动的。这与另一种流行的模型mW相反，在mW中，两种替代的局部分子顺序的混合的非理想性是熵驱动的，并且不足以强到诱导液-液转变。
2014-02-17 cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Cycling tames power fluctuations near optimum efficiency
根据热力学的热力学定律，没有任何热机能比得上卡诺循环的效率。这种效率传统上伴随着消失的功率输出和实际的设计，优化的功率，通常实现远远低于最近，各种策略，以获得卡诺效率在大功率被提出。然而，热力学不确定性关系意味着稳态热机只能在这种制度下运行，其代价是大的波动，使它们非常不可靠。在这里，我们证明了这种不幸的权衡可以克服的设计周期性准静态条件下运行。实验相关的，但完全可解的模型的过阻尼布朗热机被用来说明正式的结果。研究表明，循环热机和准静态热机的工作是不同的随机过程。
2018-07-16 cond-mat.stat-mech
An Equation of State For The TIP4P/2005 Model of Water Including Negative Pressures
理解冷水，特别是过冷水的异常现象的最有前途的框架之一是双结构热力学，其中水被视为两种可相互转换的局部结构的非理想混合物。这种混合物的非理想性可能在非常低的温度下引起液-液相变（LLPT）和液-液临界点（LLCP），在该点处热力学响应函数发散。基于这一概念的各种版本的“双结构状态方程”（TSEOS）显示出与真实水中的实验数据和模拟结果的显着一致性。然而，最近在负压下探测过冷水的实验揭示了正压状态方程外推的不足，并开始进一步阐明过冷水异常的来源。我们分析了TIP 4P/2005模型在从环境温度到深过冷的大范围正压和负压下的模拟结果。我们发现，通过显式地将一个液-气旋节线到一个双结构的状态方程，我们能够匹配的模拟数据在TIP 4P/2005惊人的准确性。特别是，我们的状态方程再现了所观察到的线的密度，等温压缩性，和等压热容的最小值和最大值。相反的情况下，追溯的旋节线占水的热力学异常，我们发现，在这个模型中的液体-蒸汽旋节线继续单调降低压力，温度降低，影响，但不会引起密度最大值和其他热力学异常的轨迹。我们用两种现象解释了TIP 4P/2005的行为：两种局部结构之间的竞争和单调的液-汽旋节线。
2016-11-11 cond-mat.stat-mech
Thermodynamic cost of precise timekeeping in an electronic underdamped clock
本研究提出采用RLC电路和偏置CMOS反相器的欠阻尼电子时钟方案，验证了纳米单电子区TUR界限被违反、宏观区TUR界限恢复的结论，拓展了计时热力学代价的研究范围。
2024-02-02 cond-mat.stat-mech
