周期驱动系统的非平衡热输运与热力学几何*

王子 任捷

(同济大学物理科学与工程学院,声子学与热能科学中心,上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室,上海 200092)

随着对微纳尺度系统的深入理解和实验技术的进步,发生在这些小系统中的热输运和能量转换近期吸引了大量研究.不同于依赖静态热力学力(如温差、电势差等)的非平衡稳态调控手段,受时间驱动的非平衡非稳态小系统具有特有的高可调性和普遍性,其研究同时具有基础价值和应用潜力.本文从几何这一基本概念出发,分析了热力学几何相(曲率)和热力学距离这两个关键物理量,以几何的视角展现和分析近期关于受驱动非平衡量子系统中输运调控和能量转换途径的热力学研究.热力学几何不仅可以看作是这一大类系统中非平凡输运和耗散的本质起源,也同样给我们提供了一种理论框架,给出对于系统输运和能量转换的限制,同时也可以给出慢驱动条件下量子热机性能的通用优化方式.这将在未来帮助理解非平衡量子多体系统所发挥的能量输运/转换功能,也会为发现高性能(高效率、高功率、高可靠性)量子热机提供新的设计思路.

1 引言

在现实生活中,宏观的热力学系统,如热机、制冷机、热泵等发挥着重要作用,它们可以将一部分馈入的能量转换为人们所需要的输出能量.在此过程中,能量的转换方向、转换效率是衡量这些热力学过程的重要参数.而近些年来,人们对于热力……