論文の概要: Microscopic Theory of Heat Transfer across a Vacuum

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.02351v1
• Date: Mon, 04 Aug 2025 12:37:47 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-05 18:25:22.331697
• Title: Microscopic Theory of Heat Transfer across a Vacuum
• Title（参考訳）: 真空中における伝熱の微視的理論
• Authors: Yue-Hui Zhou, Jie-Qiao Liao,
• Abstract要約: 伝熱は物理学の基本的な概念であり、伝熱の微視的な物理的メカニズムをどう特徴づけるかは重要なトピックである。 近年,真空中における量子ゆらぎによるフォノン熱伝達という新しい熱伝達機構が実験的に実証されている。 ここでは、2つの可動端ミラーで閉じ込められた真空を横断するフォノン熱伝達の非相対論的微視的理論を確立する。
• 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: Heat transfer is a fundamental concept in physics, and how to characterize the microscopical physical mechanism of heat transfer is a significant topic. Recently, a new mechanism for heat transfer, phonon heat transfer across a vacuum through quantum fluctuations, has been experimentally demonstrated in a two-vibrating-membrane system. However, a microscopic quantum electrodynamics theory behind this phenomenon remains unexplored. Here, we establish the nonrelativistic microscopic theory of phonon heat transfer across a vacuum confined by two movable end mirrors of a one-dimensional optomechanical cavity. Under the multimode-cavity-field framework, we obtain a second-order effective Hamiltonian governing the heat transfer effect. This Hamiltonian describes a phonon-exchange interaction between the two mirrors with a strength proportional to a multimode factor and $l_{0}^{-3}$, where $l_{0}$ is the rest cavity length. We also confirm the dependence of the mode temperatures and heat flux on the rest cavity length, corresponding to the thermal steady state of the mirrors. This work initiates the microscopic investigation of thermodynamics based on the optomechanical cavity platform, and will have profound implications for both thermal management in nanoscale devices and cavity optomechanics.
• Abstract（参考訳）: 伝熱は物理学の基本的な概念であり、伝熱の微視的な物理的メカニズムをどう特徴づけるかは重要なトピックである。 近年,真空中における量子ゆらぎによるフォノン熱伝達という新しい熱伝達機構が,2振動膜系で実験的に実証されている。 しかし、この現象の背後にある微視的な量子電磁力学理論は未解明のままである。 ここでは、1次元の光学キャビティの2つの可動端ミラーに閉じ込められた真空を横断するフォノン熱伝達の非相対論的微視的理論を確立する。 マルチモードキャビティ・フィールドの枠組みの下では,熱伝達効果を管理する2階実効ハミルトニアンが得られる。 このハミルトニアンは、多重モード因子に比例する強度を持つ2つのミラー間のフォノン交換相互作用を記述し、$l_{0}^{-3}$とすると、$l_{0}$は余剰空洞長である。 また, 鏡の熱定常状態に応じて, モード温度と熱フラックスが安静空洞長に及ぼす影響を確認した。 この研究は、オプティメカルキャビティ・プラットフォームに基づく熱力学の微視的研究を開始し、ナノスケールデバイスにおける熱管理とキャビティ・オプティメニクスの両方に深く影響する。

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