協力現象がともなう量子系の非平衡熱力学

具有合作现象的量子系统的非平衡热力学

• 批准号: 19F19026
• 负责人: 齊藤 圭司
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-10-11 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19F19026/
• 关键词: 非平衡熱力学; 非平衡熱力学

微小熱機関における熱から仕事への変換を深く理解することにより、熱力学における非平衡効果や量子効果の普遍的性質を明らかにすることが昨今の物理学における重要な課題の一つになっている。この方向性のもとに、我々は微小熱機関の近準静的サイクル（完全に準静的ではないが準静的に近いパラメーター変化をともなうサイクル）における熱効率と仕事率との関係、また量子コヒーレンスの効果を厳密に議論した。近準静的過程においては、断熱量子理論を使えるので分布関数をサイクル時間の逆ベキで展開することにより厳密に、系の定常分布の展開を行った。これにより仕事とエントロピー生成に対する厳密な表式を導出し、仕事率が熱効率と熱力学長という量で上からおさえられることを示した。熱力学長は、経路が決まれば系に対して一意的に決定される量で、完全に幾何学的量である。これは、非平衡熱力学的な量を幾何学的な量で表したという意味で非常に興味深い関係式である。また、量子的コヒーレンスの効果に関しても厳密な議論も行った。その結果、量子コヒーレンスは常に熱効率を減じる方向にはたらくことを示した。これら２つの結果は、熱と仕事の間に成立する厳密かつ普遍的な関係であるという意味で意義深い。熱力学長を測ることで、熱機関としての性能を特徴付けらることも意味しており、今後具体的な系で調べられていくと期待される。

当今物理学的重要问题之一是通过深入了解热力学的转化来阐明热力学中非平衡和量子效应的普遍特性。在这个方向上，我们讨论了微热发动机的近静态周期中的热效率与功率之间的关系（具有完全准静态的循环，但近距离参数变化）以及量子相干性的效果。在接近静止的过程中，可以使用绝热量子理论，因此系统的稳定分布是通过将分布函数与周期时间的逆强度展开来确切开发的。这是对工作和熵产生的严格表达，表明可以通过热效率和热力学总统的量从上方抑制功率。热力学总统是一个完全的几何量，一旦确定路径，该量是为系统而唯一确定的。这是一个非常有趣的关系，从非平衡热力学量表示为几何量。我们还讨论了量子相干性的影响。结果表明，量子相干性总是朝着降低热效率的方向起作用。这两个结果是有意义的，因为它们是热量与工作之间的严格和普遍关系。衡量热力学主席还意味着要表征加热发动机的性能，并且预计将来将在特定系统中进行调查。