論文の概要: Exclusion Statistics as a Thermodynamic Resource in Quantum Heat Engines

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.19310v1
• Date: Wed, 17 Jun 2026 17:31:58 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-19 18:23:39.385904
• Title: Exclusion Statistics as a Thermodynamic Resource in Quantum Heat Engines
• Title（参考訳）: 量子熱機関の熱力学資源としての排他統計
• Authors: Sampurna Karmakar, Aziz Hasan, Sourin Das,
• Abstract要約: ボソニック加工媒体は、厳格に拡張された最大出力が得られることを示す。 本研究では、強磁性スピン鎖を経由したマグノン輸送を、実験可能なボソニック実現として提案する。
• 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: The maximum power extractable from a quantum thermoelectric heat engine operating with free fermion carriers is bounded by the universal Whitney limit, $P_{\text{fermion}}^{\max} \simeq 0.0321π^2 k_B^2(T_L-T_R)^2/h$. We demonstrate that this bound is not fundamental to quantum heat engines but is instead an artifact of fermionic statistics. Within the nonlinear Landauer-Büttiker framework, a bosonic working medium yields a strictly enhanced universal maximum power, $P_{\text{boson}}^{\max} = (\ln 2)^2\, k_B^2(T_L-T_R)^2/h$, exceeding the fermionic limit by a factor of $(\ln 2)^2/(0.0321π^2) \approx 1.52$. We propose magnon transport through a ferromagnetic spin chain as an experimentally viable bosonic realization. Incorporating Haldane fractional exclusion statistics with parameter $g$ provides a continuous interpolation between the bosonic ($g = 0$) and fermionic ($g = 1$) limits, revealing a monotonic enhancement of maximum power for $g < 1$ at reduced bias cost. These results establish quantum statistical exclusion as a previously unrecognized and independently tunable thermodynamic resource, opening performance regimes inaccessible to conventional carrier-engineering approaches.
• Abstract（参考訳）: 自由フェルミオン担体で作動する量子熱電熱エンジンから抽出可能な最大電力は、普遍的なホイットニー極限、$P_{\text{fermion}}^{\max} \simeq 0.0321π^2 k_B^2(T_L-T_R)^2/h$で制限される。 この境界は量子熱エンジンの基本ではなく、フェルミオン統計学の成果であることを示す。 非線形ランダウアー・ビューティカーの枠組みの中で、ボソニックな加工媒体は、厳密に拡張された普遍的な最大パワー、$P_{\text{boson}}^{\max} = (\ln2)^2\, k_B^2(T_L-T_R)^2/h$を、$(\ln2)^2/(0.0321π^2) \approx 1.52$でフェルミオン限界を超える。 本研究では、強磁性スピン鎖を経由したマグノン輸送を、実験可能なボソニック実現として提案する。 パラメータ$g$でハルデン分数除算統計を組み込むことで、ボソニック(g = 0$)とフェルミオン(g = 1$)の極限の間の連続的な補間が得られ、バイアスコストの低減で$g < 1$の最大電力の単調的な拡張が示される。 これらの結果は、これまで認識されていなかった、独立に調整可能な熱力学資源として量子統計的排除を確立し、従来のキャリア工学的アプローチにはアクセスできない性能レギュレーションを開放する。

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