論文の概要: Finite-time quantum Stirling heat engine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2009.10038v1
• Date: Mon, 21 Sep 2020 17:19:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-01 09:13:15.342675
• Title: Finite-time quantum Stirling heat engine
• Title（参考訳）: 有限時間量子スターリング熱エンジン
• Authors: Sina Hamedani Raja, Sabrina Maniscalco, Gheorghe-Sorin Paraoanu, Jukka P. Pekola, Nicolino Lo Gullo
• Abstract要約: 量子熱機関として用いられる有限時間非再生スターリングサイクルの熱力学特性について検討した。 サイクルの有限時間力学と熱力学は、プレイ時の異なる時間スケールに非自明に依存していることが分かる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: We study the thermodynamic performance of the finite-time non-regenerative Stirling cycle used as a quantum heat engine. We consider specifically the case in which the working substance (WS) is a two-level system. The Stirling cycle is made of two isochoric transformations separated by a compression and an expansion stroke during which the working substance is in contact with a thermal reservoir. To describe these two strokes we derive a non-Markovian master equation which allows to study the dynamics of a driven open quantum system with arbitrary fast driving. We found that the finite-time dynamics and thermodynamics of the cycle depend non-trivially on the different time scales at play. In particular, driving the WS at a time scale comparable to the resonance time of the bath enhances the performance of the cycle and allows for an efficiency higher than the efficiency of the slow adiabatic cycle, but still below the Carnot bound. Interestingly, performance of the cycle is dependent on the compression and expansion speeds asymmetrically. This suggests new freedom in optimizing quantum heat engines. We further show that the maximum output power and the maximum efficiency can be achieved almost simultaneously, although the net extractable work declines by speeding up the drive.
• Abstract（参考訳）: 量子熱機関として用いられる有限時間非再生スターリングサイクルの熱力学特性について検討した。 本稿では, 作業物質(WS)が2段階のシステムである場合について考察する。 スターリングサイクルは、熱貯留層に作用物質が接触する間、圧縮と膨張ストロークによって分離された2つの等コリック変換からなる。 これらの2つのストロークを記述するために、任意の高速駆動で駆動された開量子システムのダイナミクスを研究することができる非マルコフマスター方程式を導出する。 サイクルの有限時間ダイナミクスと熱力学はプレイ時の異なる時間スケールに非自明に依存することがわかった。 特に、浴槽の共鳴時間に匹敵する時間スケールでWSを駆動するとサイクルの性能が向上し、遅い断熱サイクルの効率よりも高い効率が得られるが、それでもCarnot境界以下である。 興味深いことに、サイクルの性能は圧縮と膨張速度に依存している。 これは量子熱エンジンの最適化における新しい自由を示唆する。 さらに、最大出力パワーと最大効率をほぼ同時に達成できることが示されるが、ネット抽出可能な作業は、ドライブを高速化することで減少する。

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