論文の概要: Thermodynamics of Quantum Coupled Transport

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.06336v1
• Date: Fri, 06 Mar 2026 14:45:05 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-03-09 13:17:45.98643
• Title: Thermodynamics of Quantum Coupled Transport
• Title（参考訳）: 量子結合輸送の熱力学
• Authors: Shuvadip Ghosh, Arnab Ghosh,
• Abstract要約: 本稿では,ナノスケール系における量子結合輸送過程の熱力学的視点について述べる。 まず, 基礎的な単一輸送過程を考察し, 近平衡状態における熱力学の強い制約を強調した。 エントロピー生成を導く原理として、最小2端子の単一QD構成でエネルギーと粒子輸送を解析する。 我々は、ICCがエネルギーと粒子輸送の対称性を破り、結合量子ドット系におけるその実現の条件を特定する必要があることを示した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.9453554184019107
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: This review presents a thermodynamic perspective on quantum coupled transport processes in nanoscale systems. Our analysis is formulated within the framework of entropy production rate, the central quantity governing non-equilibrium processes and expressed through conjugate force-flux pairs. Although thermodynamic laws are universal across classical and quantum domains, the discussion is developed within a microscopic open quantum system framework, focusing on quantum dots (QDs) coupled to electronic reservoirs. We first examine elementary single transport processes and highlight their strong thermodynamic constraints in the near-equilibrium regime. This motivates the study of coupled transport, where multiple force-flux pairs coexist and interact, leading to richer thermodynamic behaviour. Using entropy production as the guiding principle, we analyse coupled energy and particle transport in a minimal two-terminal single-QD setup and show how conventional thermoelectric phenomena, including Seebeck and Peltier effects as well as thermoelectric heat engines and refrigerators, naturally emerge as thermodynamic cross-effects. We then extend the framework to a three-terminal coupled quantum dot (CQD) geometry, which provides a versatile platform for studying coupled transport and reduces, under suitable constraints, to the well-known Sánchez-Büttiker configuration. Beyond standard cross-effects, we discuss the phenomenon of inverse currents in coupled transport (ICC), where a current flows against mutually parallel thermodynamic forces without violating the second law. We show that ICC requires breaking the symmetry between energy and particle transport and identify the conditions for its realization in coupled quantum-dot systems with attractive interdot interactions.
• Abstract（参考訳）: 本稿では,ナノスケール系における量子結合輸送過程の熱力学的視点について述べる。 本分析は,非平衡過程を管理する中心的な量であるエントロピー生成速度の枠組みの中で定式化され,共役力-束対を通して表される。 熱力学の法則は古典的および量子的領域で普遍的であるが、この議論は電子貯水池に結合された量子ドット(QD)に焦点を当てた顕微鏡的オープン量子システムフレームワーク内で展開されている。 まず, 基礎的な単一輸送過程を考察し, 近平衡状態における熱力学の強い制約を強調した。 これは結合輸送の研究を動機付け、複数の力流対が共存し相互作用し、よりリッチな熱力学的挙動をもたらす。 エントロピー生成を導出原理として、最小2端子の単一QD構成でエネルギーと粒子輸送の結合を解析し、シーベックやペルティエ効果、熱電式熱エンジンや冷凍機といった従来の熱電現象が自然に熱力学的クロスエフェクトとして現れることを示す。 次に、フレームワークを3つの終端結合量子ドット(CQD)幾何学に拡張し、結合輸送を研究するための汎用的なプラットフォームを提供し、適切な制約の下で、よく知られたサンチェス・ビュッティカー構成に還元する。 連成輸送(ICC)における逆流の現象について考察し,2次法則に違反することなく相互に平行な熱力に対して電流が流れる現象について考察する。 我々は、ICCがエネルギーと粒子輸送の対称性を破り、魅力的な相互作用を持つ結合量子ドット系におけるその実現の条件を特定する必要があることを示した。

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