論文の概要: Steady-state Quantum Thermodynamics with Synthetic Negative Temperatures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.01215v1
• Date: Tue, 2 May 2023 06:06:24 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-05-03 15:13:54.537159
• Title: Steady-state Quantum Thermodynamics with Synthetic Negative Temperatures
• Title（参考訳）: 合成負温度をもつ定常量子熱力学
• Authors: Mohit Lal Bera, Tanmoy Pandit, Kaustav Chatterjee, Varinder Singh, Maciej Lewenstein, Utso Bhattacharya, and Manabendra Nath Bera
• Abstract要約: 負の温度の浴を含む定常量子熱力学について検討した。 負の温度の浴を2つの正の温度の浴を用いて合成する。 正温度と負温度の間の連続熱機関を構築した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: A bath with a negative temperature is a subject of intense debate in recent times. It raises fundamental questions not only on our understanding of negative temperature of a bath in connection with thermodynamics but also on the possibilities of constructing devices using such baths. In this work, we study steady-state quantum thermodynamics involving baths with negative temperatures. A bath with a negative temperature is created synthetically using two baths of positive temperatures and weakly coupling these with a qutrit system. These baths are then coupled to each other via a working system. At steady-state, the laws of thermodynamics are analyzed. We find that whenever the temperatures of these synthetic baths are identical, there is no heat flow, which reaffirms the zeroth law. There is always a spontaneous heat flow for different temperatures. In particular, heat flows from a bath with a negative temperature to a bath with a positive temperature which, in turn, implies that a bath with a negative temperature is `hotter' than a bath with a positive temperature. This warrants an amendment in the Kelvin-Planck statement of the second law, as suggested in earlier studies. In all these processes, the overall entropy production is positive, as required by the Clausius statement of the second law. We construct continuous heat engines operating between positive and negative temperature baths. These engines yield maximum possible heat-to-work conversion efficiency, that is, unity. We also study the thermodynamic nature of heat from a bath with a negative temperature and find that it is thermodynamic work but with negative entropy.
• Abstract（参考訳）: 負の温度の浴槽は、近年では激しい議論の対象となっている。 熱力学にかかわる浴槽のマイナス温度の理解だけでなく、そのような浴槽を用いたデバイス構築の可能性についても、基本的な疑問を提起する。 本研究では, 負の温度の浴を含む定常量子熱力学について検討する。 負の温度の浴を2つの正の温度の浴を用いて合成し、これらを石英系と弱結合させる。 これらの浴槽は、作業システムを介して互いに結合される。 定常状態では、熱力学の法則が解析される。 これらの合成浴の温度が同じであるたびに、熱の流れはなく、ゼロ法則が再確認される。 異なる温度の自発的な熱の流れが常に存在する。 特に、負の温度の浴槽から正の温度の浴槽へ熱が流れることは、負の温度の浴槽が正の温度の浴槽よりも「ホッター」であることを意味する。 これは、初期の研究で示唆されたように、第2法のケルビン・プランク声明の修正を保証している。 これらすべての過程において、全体的なエントロピー生成は第二法則のクラウシウスの言明によって要求されるように正である。 正温度と負温度の間の連続熱機関を構築した。 これらのエンジンは最大熱対作業変換効率、すなわちユニティが得られる。 また, 負の温度の浴からの熱力学的性質を調べた結果, 熱力学的作用は負のエントロピーであることがわかった。

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