論文の概要: Flat-band thermodynamics reveals enhanced performance across Otto, Carnot, and Stirling cycles

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.16525v1
• Date: Tue, 22 Jul 2025 12:32:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-23 21:34:14.107255
• Title: Flat-band thermodynamics reveals enhanced performance across Otto, Carnot, and Stirling cycles
• Title（参考訳）: フラットバンド熱力学はオットー、カルノット、スターリングサイクルにまたがって性能を向上する
• Authors: Hadi Mohammed Soufy, Colin Benjamin,
• Abstract要約: マジックアングルツイスト二層グラフェン(MATBG)は、外部磁場下で顕著な電子的性質を示す。 我々は,3つの異なる量子熱力学サイクル下でのMATBGの動作相図を包括的に解析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Magic-angle twisted bilayer graphene (MATBG) exhibits remarkable electronic properties under external magnetic fields, notably the emergence of flat Landau levels. In this study, we present a comprehensive analysis of MATBG's operational phase diagram under three distinct quantum thermodynamic cycles, i.e., Quantum Otto Cycle (QOC), Quantum Carnot Cycle (QCC), and Quantum Stirling Cycle (QSC). Employing the continuum eight-band model, we evaluate the thermodynamic performance of MATBG across multiple operational modes: heat engine, refrigerator, cold pump, and Joule pump, and benchmark it against other graphene systems such as monolayer graphene, AB-Bernal stacked bilayer graphene, and non-magic-angle twisted bilayer graphene. Our findings reveal that MATBG demonstrates superior heat engine performance in QSC, while achieving high efficiency albeit with reduced work output in QOC. Even though the performance of MATBG as a cold pump or refrigerator is modest in QOC and QSC, it shows notable improvement as a refrigerator in QCC. Additionally, we identify a highly reversible Joule pump mode in both QSC and QOC under strict adiabaticity, underscoring the unique thermodynamic behavior of MATBG.
• Abstract（参考訳）: マジック角度ツイスト二層グラフェン(MATBG)は、外磁場下では顕著な電子的性質を示し、特に平坦なランダウ準位が出現する。 本研究では、量子オットーサイクル(QOC)、量子カルノーサイクル(QCC)、量子スターリングサイクル(QSC)の3つの異なる量子力学サイクル下でのMATBGの動作相図の包括的解析について述べる。 連続8バンドモデルを用いて, 熱機関, 冷凍機, コールドポンプ, ジュールポンプのMATBGの熱力学特性を評価し, 単層グラフェン, AB-ベルナール積層二層グラフェン, 非磁歪二層グラフェンなどの他のグラフェン系と比較した。 以上の結果から,MATBGはQOCの作業効率を低下させつつも,QSCでは優れた熱エンジン性能を示すことが明らかとなった。 冷間ポンプや冷凍機としてのMATBGの性能はQOCおよびQSCでは低調であるが,QCCでは冷凍機として顕著な改善が見られた。 さらに, 厳密な断熱条件下でのQSCとQOCの高可逆性ジュールポンプモードを同定し,MATBGの特異な熱力学的挙動を推定した。

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