Statistical physics of small systems with thermal flow

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K05587
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Mathematical physics/Fundamental condensed matter physics
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: Saito Keiji 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (90312983)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 熱輸送 / 熱機関

Outline of Final Research Achievements

In recent experiments, it is quite common to observe thermally fluctuating small systems, such as colloidal particles in water, electric flow via quantum-dos in nano-scale. Having these experimental situation in mind, we have studied on thermodynamic constraints. We consider on this subject based on heat engines. While thermodynamics is static theory, we made attempt to involve time in this framework. Main results in this direction include general theory of speed limit of thermodynamics, information-theoretical constraint in thermal relaxation processes, and introduction of geometry in heat engines.

Free Research Field

非平衡統計物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、広い意味で熱の流れが存在する際の物理現象が示す一般的な性質を研究するものです。自然界に明確に存在する、できることとできないことの区別をより明確に定量的に行うことにより、熱、量子、情報などのキーワードがより強く結びついていることが本研究により明確になったことの意義は大きいと言える。研究全体として熱機関を意識していることから、発電などエネルギー問題を通して、社会との接点は広い意味で存在する。