論文の概要: Quantum Otto Heat Engine based on the Dicke-Stark Model under Infinite-Time and Finite-Time Thermodynamic Frameworks
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.10707v1
- Date: Thu, 14 Aug 2025 14:52:25 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-08-15 22:24:48.36435
- Title: Quantum Otto Heat Engine based on the Dicke-Stark Model under Infinite-Time and Finite-Time Thermodynamic Frameworks
- Title（参考訳）: 無限時間・有限時間熱力学系におけるディックスタークモデルに基づく量子オットー熱エンジン
- Authors: Weilin Wang, Xiyuan Zhang, Weiran Zhao, Mingshu Zhao, Jinying Ma, Zhanyuan Yan,
- Abstract要約: 有限サイズのディック・スタークモデルを用いた量子オットー熱機関を提案する。
熱機関の出力特性, 効率, パワーに及ぼすスターク磁場強度, 結合強度, 断熱ストローク時間, 等時ストローク時間, DSモデル中の原子数の影響について検討した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4147843638924296
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We propose a quantum Otto heat engine that employs a finite-size Dicke-Stark model as the working substance. In the extended coherent state space, the complete energy spectrum and eigenstates of this model are obtained through numerical calculations. Within the infinite-time and finite-time thermodynamics frameworks, we investigate the effects of the Stark field strength, coupling strength, adiabatic stroke time, isochoric stroke time, and number of atoms in the DS model on the heat engine's output work, efficiency, and power. The results show that the maximum values of the output work and efficiency appear near the coupling strength corresponding to the superradiant phase transition point. Regulating the Stark field strength can tune the energy level structure of the system and the superradiant phase transition, effectively reducing entropy generation and quantum friction during nonequilibrium evolution of the system's states and thereby significantly increasing the engine's output work, efficiency, and power. Asymmetric heat engines, where the two isochoric strokes have different Stark field strengths and stroke times, are more conducive to optimizing the heat engine's performance. Additionally, in the DS model, an increase in the number of atoms is also beneficial for increasing the heat engine's output work and efficiency. The results of this paper facilitate the design of high-performance quantum heat engines.
- Abstract（参考訳）: 有限サイズのディック・スタークモデルを用いた量子オットー熱機関を提案する。
拡張コヒーレント状態空間では、このモデルの完全エネルギースペクトルと固有状態は数値計算によって得られる。
無限時間および有限時間熱力学フレームワークにおいて, 熱機関の出力特性, 効率, パワーに及ぼすスターク磁場強度, 結合強度, 断熱ストローク時間, 等時ストローク時間, DSモデル中の原子数の影響について検討した。
その結果, 超ラジカル相転移点に対応する結合強度付近に, 出力作業と効率の最大値が現れることがわかった。
スターク磁場強度の調節は、系のエネルギーレベル構造と超ラジカル相転移を調整し、システムの状態の非平衡進化におけるエントロピー生成と量子摩擦を効果的に低減し、エンジンの出力作業、効率、電力を大幅に増大させることができる。
2つの等方性ストロークがスターク磁場強度とストローク時間が異なる非対称熱エンジンは、熱エンジンの性能を最適化するためにより導出性が高い。
さらにDSモデルでは、熱機関の出力処理量と効率を高めるために原子数が増加することも有用である。
本研究は,高性能な量子熱エンジンの設計を容易にするものである。
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