Out-of-equilibrium thermodynamics and non-thermal heat engines (2020)
- Authors:
- Autor USP: CHERUBIM, CLEVERSON FRANCISCO - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCM
- Subjects: MÁQUINAS TÉRMICAS; TERMODINÂMICA; FÍSICA MODERNA
- Keywords: Máquina térmica quântica; Out-of-equilibrium thermodynamics; Quantum heat engine; Quantum Thermodynamics; Steady-state thermodynamics; Termodinâmica de estados estacionários; Termodinâmica fora do equilíbrio; Termodinâmica quântica
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Termodinâmica quântica (TQ) é um campo de pesquisa recente que visa investigar como as leis da termodinâmica e da mecânica quântica funcionam em conjunto em pequenos sistemas quânticos. Com avanços na tecnologia necessária para controlar e medir esses pequenos sistemas, esta área de pesquisa tem adquirido cada vez mais importância, não somente no sentido de que agora eles podem começar a serem testadas, o que é algo de extrema importância para pesquisa, mas também que novas aplicações podem ser implementadas nessas escalas, portanto, uma boa compreensão das limitações impostas pela termodinâmica quântica torna-se de suma importância na busca desses objetivos, o que força físicos teóricos a produzir conteúdos experimentalmente relevantes desses novos conceitos. Outro aspecto importante associado a estes sistemas é que parte deles pode operar fora do equilíbrio termodinâmico, sendo descritos por estados não térmicos, e em particular estados não térmicos estacionários, devendo portanto serem descritos termodinamicamente de maneira distinta, o que geralmente recebe o nome de termodinâmica de estados estacionários, portanto um dos principais objetivos desta tese será o de fornecer uma introdução a TQ de sistemas fora do equilíbrio. Um dos mais importantes subtópicos estudados em TQ e o que daremos bastante ênfase nesta tese será o uso de estados estacionários não térmicos na construção de máquinas operando no regime quântico, e a análise das novas características que este regimepodem propiciar, como o uso de recursos quânticos com o intuito de superar limitações clássicas em sua performance, como a obtenção de eficiências superiores a eficiência de Carnot ou operar em certos regimes não permitidos usando somente ingredientes clássicos. Portanto, vemos que é de suma importância tornar mais clara a compreensão de sistemas operando fora do regime térmico e que qualquer conteúdo produzido que esteja bem adequado a verificações experimentais é muito mais que bemvindo. Elaboramos um ciclo termodinâmico relevante sob o ponto de vista experimental usando um transmon no regime de qubit como ST em contato com um ambiente não térmico composto por dois subsistemas, uma cavidade excitada por um campo externo e banho clássico com temperatura T. A ST passa por um ciclo não convencional (diferente dos ciclos de Otto, Carnot, etc.) através de uma sucessão de estados estcionários não térmicos obtidos através da variação muito lenta de sua frequência e da amplitude do campo externo aplicado à cavidade. A eficiência dessa máquina adquire um valor máximo da ordem de 47% no regime de operação usado. Também queríamos olhar para o papel dos diferentes tipos de coerência, presentes na ST, sobre o comportamento da máquina e sua eficiência. Por diferentes tipos de coerência nós nos referimos aos tão conhecidos modos de coerência, cuja definição se baseia em como elas respondem a transformações de simetria. Fizemos essa análise para o caso trivial do qubit, que contémsomente os modos 1 e -1, e que se demonstraram ser de extrema importante para a eficiência da máquina. O mesmo procedimento foi repetido para um sistema de 3 níveis usado como ST. Os modos 1 e -1 se demonstraram novamente bastante importantes, não somente para o valor absoluto da máquina mas também para o regime de funcionamento desta. Os modos adicionais, 2 e -2, tiveram um impacto negativo na eficiência, reduzindo seu valor absoluto. Este resultado parece nos fornecer evidências de que \"quantumness\" não necessariamente trará ganhos à operação dessas máquinas
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2020
- Data da defesa: 27.07.2020
-
ABNT
CHERUBIM, Cleverson Francisco. Out-of-equilibrium thermodynamics and non-thermal heat engines. 2020. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2020. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-28092020-162459/. Acesso em: 18 out. 2024. -
APA
Cherubim, C. F. (2020). Out-of-equilibrium thermodynamics and non-thermal heat engines (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-28092020-162459/ -
NLM
Cherubim CF. Out-of-equilibrium thermodynamics and non-thermal heat engines [Internet]. 2020 ;[citado 2024 out. 18 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-28092020-162459/ -
Vancouver
Cherubim CF. Out-of-equilibrium thermodynamics and non-thermal heat engines [Internet]. 2020 ;[citado 2024 out. 18 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76131/tde-28092020-162459/
How to cite
A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas
