Studies of stochastic thermodynamics with optical tweezers (2022)
- Authors:
- Autor USP: KAMIZAKI, LUCAS PRADO - IFSC
- Unidade: IFSC
- Sigla do Departamento: FCM
- DOI: 10.11606/D.76.2022.tde-13072022-121617
- Subjects: PROCESSOS ESTOCÁSTICOS; ÓPTICA
- Keywords: Conversão informação-energia; Finite-time thermodynamics; Information-to-energy conversion; Optimal protocols; Protocolos ótimos; Termodinâmica em tempo finito
- Agências de fomento:
- Language: Inglês
- Abstract: Nos últimos trinta anos, avanços experimentais e teóricos permitiram a investigação da termodinâmica de sistemas pequenos fora do equilíbrio. Em 1998, Ken Sekimoto mostrou que trabalho e calor podem ser associados a trajetórias individuais de uma partícula Browniana, e essas grandezas se tornam quantidade estocásticas com uma distribuições de probabilidade associadas. Um estudo de caso paradigmático em termodinâmica estocática é o de uma partícula imersa em um fluido e presa em um potencial harmônico, uma situação rotineiramente atingida com pinças ópticas. Usando as interações da luz com a matéria, pinças ópticas podem aprisionar e controlar partículas coloidais. Portanto, pinças ópticas são ferramentas poderasas e versáteis na análise da termodinâmica de sistemas pequenos. Nesta dissertação, nós simulamos a dinâmica de uma partícula coloidal aprisionada em uma pinça óptica em diferentes contextos da termodinâmica estocástica. Desta forma, nós pudemos verificar a viabilidade e os parâmetros adequados para realizar os experimentos na prática. Os dois principais tópicos estudados são de otimização de protocolos e a conversão informação-energia. Uma vez que a distribuição de probabilidade do trabalho depende do protocolo, diferentes protocolos terão valores médios para o trabalho distintos. Entre todos os protocolos, o nosso interesse esta no protocolo ótimo, isto é, o protocolo que possui o valor mínimo do trabalho médio. Geralmente é díficil encontrar expressões analíticaspara o protocolo ótimo e, frequentemente, outros métodos são necessários. O primeiro resultado principal é que nós determinamos numericamente a performance de outros métodos (para processos lentos e para processos fracos) para diferentes tempos de protocolo e intensidades. Além do controle do sistema através do protocolo, a informação sobre o estado permite experimentos do tipo Demômio de Maxwell. O segundo resultado principal é a proposta de um novo experimento de feedback, simplificando as ideias apresentadas em trabalhos anteriores. Desta forma, nós conseguimos calcular a dependência da conversão informação-energia com o tempo de atraso. As simplificações feitas permitem o estudo de experimento de feedback com nossa capacidade experimental atual
- Imprenta:
- Publisher place: São Carlos
- Date published: 2022
- Data da defesa: 24.02.2022
- Este periódico é de acesso aberto
- Este artigo é de acesso aberto
- URL de acesso aberto
- Cor do Acesso Aberto: gold
- Licença: cc-by-nc-sa
-
ABNT
KAMIZAKI, Lucas Prado. Studies of stochastic thermodynamics with optical tweezers. 2022. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2022. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-13072022-121617/. Acesso em: 04 out. 2024. -
APA
Kamizaki, L. P. (2022). Studies of stochastic thermodynamics with optical tweezers (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-13072022-121617/ -
NLM
Kamizaki LP. Studies of stochastic thermodynamics with optical tweezers [Internet]. 2022 ;[citado 2024 out. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-13072022-121617/ -
Vancouver
Kamizaki LP. Studies of stochastic thermodynamics with optical tweezers [Internet]. 2022 ;[citado 2024 out. 04 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76134/tde-13072022-121617/ - Estudos de nanotermodinâmica e informação em pinças ópticas
- Performance of optimal linear-response processes in driven Brownian motion far from equilibrium
- Modulated optical tweezers as a dynamical tool for stochastic thermodynamics
- Stochastic thermodynamics with optically trapped colloidal particles
- Studies of stochastic thermodynamics with optical weezers
- Experimental verification of optimal finite-time processes with colloidal particles in optical tweezers
Informações sobre o DOI: 10.11606/D.76.2022.tde-13072022-121617 (Fonte: oaDOI API)
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