論文の概要: Thermodynamic geometry of ideal quantum gases: a general framework and a
geometric picture of BEC-enhanced heat engines
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2212.12076v1
- Date: Thu, 22 Dec 2022 23:14:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-09 06:59:08.324203
- Title: Thermodynamic geometry of ideal quantum gases: a general framework and a
geometric picture of BEC-enhanced heat engines
- Title（参考訳）: 理想量子気体の熱力学幾何学--BEC強化熱エンジンの一般的な枠組みと幾何学図
- Authors: Joshua Eglinton, Tuomas Pyharanta, Keiji Saito and Kay Brandner
- Abstract要約: 平衡物理学の標準的なアプローチは、熱力学的に一貫した方法で遅い駆動状態にまで拡張できることを示す。
我々はリンドブラッド型量子マスター方程式を用いて、調和に閉じ込められたボースガスを用いて量子多体エンジンの力学モデルを構築する。
我々の研究は、量子多体効果が熱機械の性能に与える影響を体系的に評価することを可能にする、より一般的な熱力学フレームワークの道を開いた。
- 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: Thermodynamic geometry provides a physically transparent framework to
describe thermodynamic processes in meso- and micro-scale systems that are
driven by slow variations of external control parameters. Focusing on periodic
driving for thermal machines, we extend this framework to ideal quantum gases.
To this end, we show that the standard approach of equilibrium physics, where a
grand-canonical ensemble is used to model a canonical one by fixing the mean
particle number through the chemical potential, can be extended to the slow
driving regime in a thermodynamically consistent way. As a key application of
our theory, we use a Lindblad-type quantum master equation to work out a
dynamical model of a quantum many-body engine using a harmonically trapped Bose
gas. Our results provide a geometric picture of the BEC-induced power
enhancement that was previously predicted for this type of engine on the basis
of an endoreversible model [New J. Phys. 24, 025001 (2022)]. Using an earlier
derived universal trade-off relation between power and efficiency as a
benchmark, we further show that the Bose-gas engine can deliver significantly
more power at given efficiency than an equally large collection of single-body
engines. Our work paves the way for a more general thermodynamic framework that
makes it possible to systematically assess the impact of quantum many-body
effects on the performance of thermal machines.
- Abstract（参考訳）: 熱力学幾何学は、外部制御パラメータの遅い変化によって駆動されるメソスケールおよびマイクロスケールシステムの熱力学過程を記述する物理的に透明な枠組みを提供する。
熱機械の周期駆動に着目し,この枠組みを理想的な量子気体に拡張する。
この目的のために, 大カノニカルアンサンブルを用いて化学ポテンシャルを介して平均粒子数を固定することにより標準粒子をモデル化する平衡物理学の標準的なアプローチが, 熱力学的に一貫した方法で低速駆動系に拡張可能であることを示す。
我々の理論の鍵となる応用として、リンドブラッド型量子マスター方程式を用いて、調和に閉じ込められたボース気体を用いて量子多体エンジンの力学モデルを構築する。
本研究の結果は, 従来, 可逆モデルに基づいて予測されていたBEC誘起パワー向上の幾何学的図形(ニューJ. Phys. 24, 025001 (2022)]を提供する。
従来から導出されたパワーと効率のトレードオフ関係をベンチマークとして用いた結果,Bose-Gasエンジンはシングルボディエンジンのコレクションよりも効率が大幅に向上することを示した。
私たちの研究は、量子多体効果が熱機械の性能に与える影響を体系的に評価できる、より一般的な熱力学フレームワークへの道を開くものです。
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