Effects of kinetic energy on heat fluctuations of passive and active overdamped driven particles
研究外部驱动力下被动与活性过阻尼布朗粒子中动能与外部做功对热统计的竞争，发现动能效应导致热涨落非高斯化，并揭示了两者主导的交叉转变。
2024-08-28 cond-mat.stat-mech
Heat fluctuations and initial ensembles
在接近稳定状态的非平衡过程中，时间积分量，如功和热，随时间不断增加。在长时间的极限中，功和热的平均值变得彼此渐近相等，因为它们的平均值仅相差有限的能量变化。然而，涨落定理（FT）的热量被发现不成立的平衡初始系综，而FT的工作。这揭示了一种有趣的效应，即存储在罕见事件中的永久初始记忆。我们重新讨论了布朗粒子在与热储层接触的以恒定速度拖曳的调和势中的问题。的热量和工作的波动进行了调查与初始玻尔兹曼系综的温度一般不同于水库温度。我们发现，在无限的时间限制，FT的工作是完全恢复的任意初始温度，而热波动显着偏离FT特性，除了无限的初始温度限制（一个统一的初始合奏）。此外，我们成功地计算有限时间修正的热量和功的分布解析，使用修改的鞍点积分方法，我们最近开发的。有趣的是，我们发现热的概率分布函数（PDF）的无限时间限制和无限初始温度限制之间的非交换性。
2014-06-27 cond-mat.stat-mech
From Green-Kubo to the full Boltzmann kinetic approach to heat transport in crystals and glasses
我们表明，顶点修正准谐波格林-久保理论的绝缘体中的热传输自然会导致一个概括的导电率，可以从线性化玻尔兹曼方程的表达式，当全散射矩阵的影响占。我们的研究结果，这是从Mori-Zwanzig记忆函数形式主义，提供了一个完全从头推导的线性玻尔兹曼输运方程，并建立了最近提出的两个统一的方法之间的连接，在绝缘晶体和玻璃的热输运。
2022-12-08 cond-mat.stat-mech
Generalized kinetics of overall phase transition useful for crystallization when assuming heat inertia
反应动力学过程建模是一个热门的出版物的主题。死亡率和生育率的意义进行了数学分析的细节，涉及到他们的权力指数的变化。我们在非等温条件下发展了一个类似KJMA方程的方程，它描述了在恒定加热速率q下相变度α（T）与特征温度θ（q）和功率N的关系。即使当过程的活化能不恒定时，该方程也是有效的。我们证明，可靠的信息，获得有关的活化能时，实验数据绘制在以下坐标：log q（加热速率）对log Tp（峰值温度）。
2019-03-13 cond-mat.stat-mech
Steady-state kinetic temperature distribution in a two-dimensional square harmonic scalar lattice lying in a viscous environment and subjected to a point heat source
本文研究了处于粘性环境中的无限二维方调和标量晶格中的热传导问题。晶格粒子的基本方程以随机常微分方程系统的形式陈述。我们执行一个连续化的过程，并推导出一个无限系统的线性偏微分方程的协方差变量。本文最重要的结果是确定性的微分差分方程描述的非稳态热传播的晶格和其稳态解的积分形式的解析公式描述的动力学温度分布所造成的点热源的一个恒定的强度。随机方程的数值解和得到的解析解之间的比较证明了一个非常好的协议无处不在，除了主要对角线的晶格（相对于点源位置），其中的解析解是奇异的。
2019-04-26 cond-mat.stat-mech
Unsteady thermal transport in an instantly heated semi-infinite free end Hooke chain
研究了具有任意初始温度分布的半无限长虎克链的非定常弹道热输运问题。动力学温度的演变提出了离散（精确）和连续（近似）配方的分析描述。通过对动力学温度场离散描述和连续描述的比较，揭示了后者的局限性。具体而言，远场动力学温度是很好地描述了连续的解决方案，然而，偏离附近和自由端（边界）。分析表明，热波从边界反射后，动力学温度的离散解在自由端附近发生跳跃。比较了半无限和无限虎克链中热传播的描述。目前的文件的结果，预计提供洞察非稳态热输运的半无限晶格。
2023-01-18 cond-mat.stat-mech
Two Dimensional Nonlinear Nonequilibrium Kinetic Theory under Steady Heat Conduction
在存在温度梯度的情况下，硬盘分子的二维稳态Boltzmann方程已被明确地求解到密度和温度梯度的二阶。计算了二维状态方程和一些物理量，并与二维稳态Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）方程和信息论的结果进行了比较。我们已经发现，这些理论之间与三维情形相同的质的差异仍然出现在二维情形中。
2005-02-13 cond-mat.stat-mech
Fluctuation Relations for Heat Exchange in the Generalized Gibbs Ensemble
本文研究了两个初始平衡态由广义Gibbs系综描述的量子系统之间的热交换。首先，我们将Jarzynski和Wójcik发现的热交换涨落关系推广到不同广义温度下的量子系统，这些量子系统由广义Gibbs系综描述的平衡态。其次，我们将热交换与Rényi发散之间的关系推广到具有非常一般的初始条件的量子系统，这些关系适用于具有守恒量的量子系统，并且对于可积和混沌区域的量子系统普遍有效。
2017-11-20 cond-mat.stat-mech quant-ph
Kinetic Theory of a Dilute Gas System under Steady Heat Conduction
在温度梯度存在下，硬核分子的稳态Boltzmann方程的速度分布函数在密度和温度梯度为二阶时已被显式地得到。由硬核分子的速度分布函数计算了一些物理量，并与Maxwell分子和稳态Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）方程的结果进行了比较。发现了硬核分子与Maxwell分子在热力学量上的质的差异，并证实了稳态BGK方程与Maxwell分子属于同一普适类。
2004-04-15 cond-mat.stat-mech
Heat pump without particle transport or external work on the medium achieved by differential thermostatting of the phase space
我们提出了一种新的机制，使热流从一个较冷的区域到一个较热的区域，而不需要任何粒子传输或导体上的外部工作，从而绕过压缩机部分的经典热泵循环。我们的机制依赖于恒温的动力学和构型温度相同的粒子不同。我们保持导体的两端，这在本研究中是一个一维的$ϕ^4$链，在相同的动力学温度$T_0$，但在不同的构型温度-一端热，另一端比$T_0$冷。虽然在恒温区域内需要外部能量来实现这种差分恒温，但是在系统本身上不执行外部功。我们表明，该机制满足统计形式的热力学第二定律（波动定理）。提出的机制揭示了两个有趣的发现-（i）与传统热力学相反，传统热力学认为只有动力学温度才能控制热传导，构型温度也可以发挥重要作用，以及（ii）动力学和构型变量之间的相对温差控制热流的方向。然而，挑战在于开发实验技术，以将同一粒子的动力学和构型变量恒温在不同值。
2016-03-28 cond-mat.stat-mech
Perturbation Theory in a Microcanonical Ensemble
本文展示了如何直接使用微正则系综对非相互作用和相互作用系统进行微扰理论计算，得到了与正则系综一致的非谐振子比热和实际气体维里展开结果，并发现高温极限下量子自由粒子比热的一阶修正存在显著差异。
2022-11-05 cond-mat.stat-mech
Negative heat capacity and non-extensive kinetic theory
在非广延动力学理论的框架下，重新讨论了孤立自引力系统热容$C_V$的负性质。发现$C_V$对非广延参数$q$的依赖性产生一个负分支，其临界值对应于$q = 5/3$（$C_V\to - \infty$）.
2003-06-09 astro-ph cond-mat.stat-mech
A kinetic model for the finite-time thermodynamics of small heat engines
我们研究了一个分子发动机，该发动机由封闭在一个巨大的活塞和恒温器之间的$N \sim 10^2$分子气体构成。作用在活塞上的力和恒温器的温度以有限的周期$τ$周期性地变化。在绝热极限$τ\to \infty$中，即使对于有限尺寸的$N$，平均功和热也能重现热力学值，恢复卡诺效率结果。该系统表现出停滞时间$τ^*$，其中净功为零：对于$τ<τ^*$，它消耗功而不是产生功，充当制冷机或散热器。在$τ>τ^*$下，最大功率下的效率接近Curzorn-Ahlborn极限。功和热的涨落近似地表现出高斯行为。基于动力学理论，我们建立了一个三变量朗之万模型，其中活塞的位置和速度与气体的内能线性耦合在一起。该模型再现了系统的许多特征，如功的符号反转，最大功率下的效率和波动的近似形状。模型的进一步简化允许分析计算平均功，解释其对$τ$的非平凡依赖性。
2015-03-04 cond-mat.stat-mech
On Unsteady Heat Conduction in a Harmonic Crystal
建立了一维谐振晶体非稳态传热的解析模型。引入非局部温度作为动力学温度的推广。导出了一个用非局部温度表示的非定常热过程的封闭方程。对于瞬时热扰动的动力学温度的时间可逆方程推导和求解。得到所考虑的系统中的热通量的本构关系。该定律与傅里叶定律显着不同，它预测了热锋的有限速度以及热通量与晶体长度的独立性。计算机模拟结果证实了分析结果。
2015-11-24 cond-mat.stat-mech
Linear and non-linear thermodynamics of a kinetic heat engine with fast transformations
我们研究了一个动力学热机模型，该模型由封闭在一个盒子中的粒子组成，盒子的一侧作为恒温器，另一侧是施加给定压力的活塞。压力和温度在周期为$τ$的循环协议中变化：它们的相对偏移分别为$δ$和$ε$，构成了将系统拖离平衡的热力学力。系统的熵产生的分析允许定义共轭通量，其与提取的功和消耗的热成比例。在小$δ$和$ε$的限制下，通过一个非对角元素满足互反关系的$τ$依赖的Onsager矩阵的力的通量是线性的。活塞的动力学可以近似，通过粗粒化过程，由克莱因-克拉默斯方程，其中-在线性制度-产生解析表达式的Onsager系数和熵产生。在最大功率下的效率的研究表明，Curzon-Ahlborn公式总是一个上限，其在热力学力的值增加时接近，即在线性范围之外。在我们所有的分析中，绝热极限$τ\to \infty$和小力极限$δ,ε\to 0$没有直接关系。
2016-04-18 cond-mat.stat-mech
Work producing reservoirs: Stochastic thermodynamics with generalized Gibbs ensembles
我们开发了一个一致的随机热力学环境组成的热力学水库在外部保守力领域，即环境描述的广义或吉布斯正则系综。我们通过验证诱导随机动力学的局部细致平衡关系，证明了与此类储层弱耦合的小系统可以交换热量和功。基于这一分析，我们有助于合理化的观察，非热水库可以提高效率的热力学热机。
2016-07-29 cond-mat.stat-mech
Formulation of the relativistic heat equation and the relativistic kinetic Fokker-Planck equation using GENERIC
本文在GENERIC（General Equation for Non-Equilibrium Reversible-Irreversible Coupling）框架下建立了相对论热方程和相对论动力学Fokker-Planck方程。我们还证明了相对论性麦克斯韦分布是后者的定态解。GENERIC公式提供了另一种证明，即这两个方程是它们的非相对论性对应物的有意义的相对论性推广。
2015-05-14 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Critical-point finite-size scaling in the microcanonical ensemble
我们发展了一个标度理论的微正则熵（态密度）的临界发散的热容量系统的有限尺寸的临界行为。利用微正则熵和正则能量分布之间的联系来建立前者，并证实其预测的标度形式，在三维伊辛普适类的情况下。我们表明，标度行为出现时，一个帐户的负背景常数贡献的正则临界比热的影响清楚。我们表明，这个相同的常数起着重要的作用，在确定所观察到的有限大小的系统的典型和微正则比热之间的差异，在临界区域。
1999-08-02 cond-mat.stat-mech
Temperature gradients in equilibrium: small microcanonical systems in an external field
本文研究了在恒定外场作用下气体小系统的统计力学。众所周知，在正则系综中，系统i）服从密度分布的气压公式，ii）动力学温度与高度无关，即使系统很小。我们在这里表明，在微正则系综中，受场影响的粒子的动力学温度不是随高度恒定的，而是一般来说，它以1/N阶的梯度下降。甚至，如果我们有两种物质的混合物，一种受场的影响，另一种不受场的影响，我们发现这两种物质的动力学温度通常是不同的，即使在相同的高度。这些事实通过研究一个简单的力学模型得到了详细的说明：洛伦兹气体中的粒子和旋转的圆盘相互作用，粒子受到恒定的外力。在微正则系综中，粒子的动力学温度确实随高度而变化;另一方面，圆盘的动力学温度与高度无关，因此与它们相互作用的粒子的动力学温度不同。
2014-09-23 cond-mat.stat-mech
Accelerated estimation of long-timescale kinetics by combining weighted ensemble simulation with Markov model "microstates" using non-Markovian theory
加权系综（WE）模拟策略提供了无偏采样的非平衡过程，如分子折叠或绑定，但提取的速率常数依赖于表征稳态行为。不幸的是，足够复杂的复杂系统的WE模拟将不会放松到稳定状态的观测模拟时间。在这里，我们表明，一个后模拟聚类的分子配置到“microbins”使用马尔可夫状态模型（MSM）社区开发的方法，可以产生无偏动力学从WE数据之前，稳态收敛的WE模拟本身。由于WE轨迹是定向的，而不是均衡分布的，因此可以使用历史增强MSM（haMSM）公式，该公式对于任意小的滞后时间产生无偏差的平均首次通过时间（MFPT）。精确的动力学可以得到，而绕过往往禁止收敛要求的非平衡加权合奏。我们验证了一个简单的扩散过程中的二维随机能量景观的方法，然后分析原子蛋白质折叠模拟使用我们分子动力学。我们报告了无偏估计蛋白质折叠时间和途径的重大进展，但仍然存在关键挑战。
2020-10-01 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
Granular Fluids with Solid Friction and Heating
我们进行大规模的分子动力学模拟来研究三维加热颗粒流体。粒状颗粒由于与其他颗粒的摩擦相互作用而耗散其动能。每个粒子的速度受到均匀分布的随机噪声的扰动，该噪声模仿加热。在演化的早期阶段，系统的动能随时间衰减，并在后期达到稳定状态。稳态时的速度分布为非高斯分布。这已经通过使用Sonine多项式展开为广泛的密度的特点。粒子在低于阻塞密度$ϕ_{\rm J}$的密度下显示扩散运动
2018-01-23 cond-mat.stat-mech
Resolving the kinetics of an ensemble of muscle myosin motors via a temperature-dependent fitting procedure
本文提出一种温度依赖的随机模型拟合方法，用于自洽估计肌球蛋白II马达集合的机械动力学参数，并通过模拟数据验证了该框架在低力和高力产生状态下的有效性。
2024-08-07 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech q-bio.BM
Quantitative Connection Between Ensemble Thermodynamics and Single-Molecule Kinetics: A Case Study Using Cryogenic Electron Microscopy and Single-Molecule Fluorescence Resonance Energy Transfer Investigations of the Ribosome
在平衡状态下，可以通过许多技术从生物分子能量景观中提取热力学和动力学信息。然而，虽然静态，合奏技术产生热力学数据，往往只有动态，单分子技术可以产生动力学数据，描述过渡态的能量障碍。在这里，我们提出了一个广义框架的基础上停留时间分布，可用于连接这样的静态，合奏技术与动态，单分子技术，从而表征能量景观更高的分辨率。我们证明了这个框架的实用性，通过将其应用于低温电子显微镜（cryo-EM）和单分子荧光共振能量转移（smFRET）的研究细菌核糖体前易位复合物。在其他好处中，这个框架的应用这些数据解释了为什么两个短暂的，中间构象的前易位复合物，这是在冷冻EM研究中观察到的，可能不会在几个smFRET研究中观察到。
2017-05-29 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph physics.chem-ph
On the Relativistic Micro-Canonical Ensemble and Relativistic Kinetic Theory for N Relativistic Particles in Inertial and Non-Inertial Rest Frames
相对论经典力学的一个新的表述允许重新审视相对论动力学理论和相对论统计力学中未解决的老问题。特别地，在惯性系和非惯性系中，严格地用相互作用N粒子系统的Poincaré生成元定义了相对论微正则配分函数.非相对论极限允许严格按照伽利略生成元定义惯性和非惯性微正则系综。定义了单粒子相对论分布函数，并给出了求解相对论玻尔兹曼方程的一种新方法。最后对相对论耗散流体作了一些评述。
2013-08-23 cond-mat.stat-mech gr-qc hep-th
Violation of kinetic uncertainty relation in maser heat engines: Role of spontaneous emission
本研究通过比较脉泽热机的两种构型，发现自发辐射导致的退相干速率差异是KUR违反与否的决定性因素，为控制退相干以提升量子热机性能提供了指导。
2025-09-10 cond-mat.stat-mech quant-ph
Unsteady heat conduction processes in a harmonic crystal with a substrate potential
本文通过引入非局域能量，得到了具有衬底势的一维谐振晶体中动能和势能高频振荡的解析模型[1]。采用动力学温度（非局部温度）的推广，导出了一个封闭的方程，该方程决定了具有衬底势的谐振晶体中的热传播过程。
2017-12-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Fluctuation Theorem of Information Exchange within an Ensemble of Paths Conditioned on Correlated-Microstates
涨落定理是一类等式，其表达了具有明确初始分布的非平衡过程期间在轨迹系综上的涨落路径泛函（例如热、功或熵产生）的概率分布的普适性质。Jinwoo和Tanaka（Jinwoo，L.;田中，H. Sci. Rep. 2015，5，7832）已经表明，功涨落定理甚至在到每个状态的路径的集合中也成立，这清楚地表明，每个微状态的熵和自由能分别在条件集合中编码热和功。在这里，我们表明，信息的特点是由逐点互信息的两个子系统之间的每个相关状态在热浴编码的熵产生的子系统和热浴在耦合过程中。为此，我们扩展了信息交换的涨落定理（Sagawa，T.; Ueda，M.物理修订版信函2012，109，180602），通过显示波动定理甚至在两个子系统的动态共同进化期间达到相关状态的路径的集合内也成立。
2019-05-08 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Kinetic Monte Carlo Simulations of a Model for Heat-assisted Magnetization Reversal in Ultrathin Films
为了开发实际上有用的系统，用于以太比特/cm $^2$以上的密度进行超高密度信息记录，需要同时实现室温下的高热稳定性和高记录速率。已经提出的一种达到该目标的方法是热辅助磁化反转（HAMR）。在该方法中，应用高介电常数材料，其介电常数在写入过程期间通过局部加热而暂时降低。在这里，我们提出了动力学蒙特卡罗模拟的HAMR的模型，在该模型中，在膜的中心部分的温度暂时增加到临界温度以上，例如通过激光脉冲。我们观察到，通过这种方法实现的加速，相对于在一个恒定的，亚临界温度下的开关时间，是最佳的中间强度的写入字段。利用有限系统中的成核诱导磁化翻转理论解释了这种效应。我们的研究结果应该是特别相关的记录介质具有较强的垂直各向异性，如Co-Co/Pt或Co/Pd多层膜。
2011-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech
Effective negative specific heat by destabilization of metastable states in dipolar systems
通过引入适当的数值方法确定微正则温度和实现热浴的正则模型，我们研究了偶极耦合三维自旋系统的微正则和正则系综。在微正则系综中，我们发现在低能区存在一支稳定的反铁磁态。其他亚稳铁磁态存在于这个区域：通过外部扰动它们，可以获得有效的负比热。在正则系综中，对于低温，相同的亚稳态是不稳定的，并达到一个新的分支，更强大的亚稳态，这是不同于稳定的。我们的统计物理方法使我们能够把一些秩序的复杂结构的稳定和亚稳态的偶极系统。
2020-02-19 cond-mat.stat-mech nlin.CD
Negative heat capacity for hot nuclei using formulation from the microcanonical ensemble INDRA Collaboration
利用准熔合中心$^{129}$ Sn + $^{nat}$ Sn碰撞中产生的多碎裂热核在不同束流能量下的冻结出性质，（32、39、45和50 AMeV），其通过基于由$4π$ INDUSTRIAL多探测器收集的实验数据的模拟来估计，由总动能和冻结时的多重性计算热激发能范围4 - 12.5 AMeV内的热容。采用微正则公式。观察到了有限系统的负热容，它标志着一级相变，并证实了以前的结果，使用不同的方法。
2020-10-05 cond-mat.stat-mech nucl-ex nucl-th
A Random Force is a Force, of Course, of Coarse: Decomposing Complex Enzyme Kinetics with Surrogate Models
与监测表征酶的构象波动的序参量相关的时间自相关（AC）函数使用代理模型的集合进行分析。所考虑的代理是唯象随机微分方程（SDD）模型。它演示了如何合奏这样的代理模型，每个代理被校准从一个单一的轨迹，间接包含有关未解决的构象自由度的信息。该集成可用于构建与“非马尔可夫”过程相关联的复杂时间AC。替代方法的合奏允许研究人员考虑模型比指数的混合更灵活，以描述弛豫时间，同时获得有关系统的物理信息。这种类型的分析，以匹配单分子实验的计算机模拟，以及如何更复杂的随机过程可以出现从一个简单的过程的混合物的相关性也进行了讨论。的想法说明了一个玩具模型和分子动力学模拟的酶二氢叶酸还原酶。
2009-06-26 cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Non-equilibrium statistical field theory for classical particles: Basic kinetic theory
最近Mazenko和Das和Mazenko介绍了一种非平衡场论方法，从每个粒子的微观运动方程出发，描述经典粒子系综的统计特性。我们用这个理论来研究从微观自由度到宏观观测量的演化方程的过渡。对于自由理论，我们恢复了无碰撞气体的连续性和Jeans方程。对于正则微扰序列中包含两粒子相互作用的理论，我们发现宏观演化方程可以用Born-Bogoliubov-Green-Kirkwood-Yvon族（BBGKY族）来描述，其截断准则依赖于微扰论中的阶数.这建立了一个直接的联系之间的经典和场论的方法，动力学理论，可能作为一个起点，调查动力学理论超越经典的限制。
2015-06-22 astro-ph.CO cond-mat.stat-mech
Microcanonical ensembles of systems with mechanical constraints
我们得到了在质心、总线动量和角动量守恒约束以及对系统粒子坐标的任意约束下，系统微正则系综相空间体积的精确表达式。提出了由平均动能和平均逆动能计算相空间体积和态密度的方法。并给出了仿真中平衡点的控制方法。我们导出了几个热力学响应函数的精确公式。展示了当去除一个或多个约束时如何获得与其他系综对应的相空间体积。研究表明，当系统粒子间相互作用势能由一个硬核势和一个任意负势组成时，系统在能量为正值时的相空间体积是能量的多项式函数。我们还表明，多项式函数的系数可以从模拟中确定。
2013-05-05 cond-mat.other cond-mat.stat-mech
Ensemble dependence of fluctuations and the canonical/micro-canonical equivalence of ensembles
我们研究了连续系统中微正则系综和正则系综在相应Gibbs测度收敛意义下的等价性。这是通过证明一个局部中心极限定理和一个局部大偏差原理得到的。作为应用，我们证明了Lebowitz-Percus-Verlet的一个公式。它给出了一个广泛的可观察到的，如动能，在一个经典的微正则系综在固定的能量均方波动。
2017-01-26 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
Diffusion limit for a kinetic equation with a thermostatted interface
本文考虑具有反射/透射/吸收界面的线性声子Boltzmann方程。该方程表现为在温度为$T$的热浴中与原点处的一个振子接触时，具有粒子间随机散射的谐振子链的能量密度函数的玻尔兹曼-格拉德极限。证明了在扩散标度下，声子方程的解趋向于边界条件为$ρ(t,0)\equiv T$的热传导方程的解$ρ(t,y)$。
2019-03-06 cond-mat.stat-mech math-ph math.MP
