論文の概要: MATBG Josephson diode as an universal thermal machine

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.27560v1
• Date: Tue, 26 May 2026 18:28:19 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-28 17:38:55.404737
• Title: MATBG Josephson diode as an universal thermal machine
• Title（参考訳）: ユニバーサル熱機械としてのMATBGジョセフソンダイオード
• Authors: Hadi Mohammed Soufy, Colin Benjamin,
• Abstract要約: ゲート可変な谷分極弱結合を持つマジックアングルねじれ二層グラフェングラフェン接合(MATBG-JJ)は、固有のジョセフソンダイオード効果を示す。 我々は、谷分極ポテンシャル$_v$が主制御パラメータとして作用する量子スターリング(QSC)、オットー(QOC)、カルノー(QCC)の熱力学サイクルを構築する。 以上の結果から,MATBG Josephson ダイオードプラットフォームは,電気的に調整可能な量子熱機械や非相互超伝導熱トロニクスへの有望な経路として確立された。
• 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 Josephson junctions (MATBG-JJ) with a gate-tunable valley-polarized weak link exhibit an intrinsic Josephson diode effect originating from broken symmetries associated with valley polarization and band-structure anisotropy. Exploiting this nonreciprocal superconducting platform, we construct quantum Stirling (QSC), Otto (QOC), and Carnot (QCC) thermodynamic cycles, where the valley-polarization potential $Δ_v$ acts as the principal control parameter, in contrast to conventional Josephson thermal machines driven by superconducting phase bias. We systematically compare the performance of MATBG-based Josephson diode thermal machines (MATBG-JDTM) with MATBG-based Josephson junction thermal machines (MATBG-JJTM) and AA-stacked bilayer graphene Josephson junction thermal machines (AABLG-JJTM). Owing to the flat-band-enhanced density of states and electrically tunable nonreciprocal transport in MATBG, both MATBG-JDTM and MATBG-JJTM exhibit significantly enhanced work output and efficiency over a broad operating regime compared to AABLG-JJTM. In particular, the gate-controlled MATBG-JDTM provides a flux-free alternative to conventional phase-driven architectures, mitigating limitations associated with magnetic-flux control and flux-noise effects. Our results establish MATBG Josephson diode platforms as a promising route toward electrically tunable quantum thermal machines and nonreciprocal superconducting caloritronics.
• Abstract（参考訳）: ゲート可変な谷分極弱結合を持つマジックアングルねじれ二層グラフェングラフェン接合(MATBG-JJ)は、谷分極とバンド構造異方性に関連する対称性の破れから生じる固有のジョセフソンダイオード効果を示す。 この非相互超伝導プラットフォームを爆発させて量子スターリング(QSC)、オットー(QOC)、カルノー(QCC)の熱力学サイクルを構築し、超伝導相バイアスによって駆動される従来のジョセフソン熱機械とは対照的に、谷分極ポテンシャル$Δ_v$が主制御パラメータとして機能する。 我々は,MATBGをベースとしたJosephson junction thermal Machine (MATBG-JJTM) とAAをスタックした2層グラフェン junction thermal Machine (AABLG-JJTM) の性能を系統的に比較した。 MATBG-JDTMとMATBG-JJTMは,MATBGとMATBG-JJTMの2つの非相互輸送により,ABLG-JJTMと比較して広い操作条件下での作業出力と効率が著しく向上した。 特に、ゲート制御MATBG-JDTMは、従来の位相駆動アーキテクチャに代わるフラックスフリーの代替を提供し、磁束制御とフラックスノイズ効果に関連する制限を緩和する。 以上の結果から,MATBG Josephson ダイオードプラットフォームは,電気的に調整可能な量子熱機械や非相互超伝導熱トロニクスへの有望な経路として確立された。

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