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2015 Fiscal Year Research-status Report

熱電効果と熱現象の統計力学

Research Project

Project/Area Number 26400404
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

齊藤 圭司  慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (90312983)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords熱機関 / 熱効率 / 仕事率 / 非平衡統計物理学
Outline of Annual Research Achievements

今年度は、熱機関における線形応答理論を構築すること、またそれを使って熱効率と仕事率の相補性を定量的に捉えることが第一の目的であった。我々は、クラマース方程式に従う散逸環境下にある、微小熱力学系を考える。そして、外界から力を与え仕事をとりだす熱機関を考える。系のパラメータの時間的変化と熱浴の温度の時間的変化を交互に繰り返すことで、熱から仕事に変換する熱機関が構成できる。このような状況は、理論のみのモデルでなく、近年実験的にも様々な形で研究されている。とくにコロイドを光ピンセットでトラップさせ、ブラウン運動する状態でコントロールする実験が精力的になされている。このような流れを受け、我々は、一般的な枠組みで線形応答理論を構築した。熱流とそれに相補的な熱力学的力、また、仕事率とそれに相補的な熱力学力をそれぞれ無矛盾なく定義する。そして線形応答理論的な考え、一般的なサイクリックな熱機関においてオンサーガー係数の表式を得た。この枠組みによれば、オンサーガー行列は一般に非対称的である。磁場など時間反転対称性を破るような外場をかけていないにもかかわらず、非対称になるのである。対称になるのは、熱機関の外部操作のプロトコルが時間反転対称なときに限る。このような非対称なオンサーガー行列は以前から議論がなされ、有限仕事率とカルノー効率が共存し得るか否かをめぐってたくさんの研究がなされてきた。我々はそれらの研究をうけて、線形応答理論を使って、仕事率と熱効率の間の相補的関係を導出した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究によって、一般的な線形応答理論が構築てきた。これを使って最終年度においてもっとも一般的な議論をするための土台が揃ったから。

Strategy for Future Research Activity

今後は、線形応答理論を量子系に拡張すること、また準静的過程付近での線形応答理論も構築する。線形応答理論を超えて、一般的な効率と仕事率の相補的関係を導くことを目指す。

Causes of Carryover

残高75円を使い切る品目が探せなかったことから、次年度に使用することになったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

USB のハードディスクなどを購入するときに、この金額をふくめて購入する予定である。

  • Research Products

    (7 results)

All 2016 2015 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] シュツットガルト大学(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      シュツットガルト大学
  • [Journal Article] Floquet-Magnus Theory and Generic Transient Dynamics in Periodically Driven Many-Body Quantum Systems2016

    • Author(s)
      Tomotaka Kuwahara, Takashi Mori and Keiji Saito
    • Journal Title

      Annals of Physics

      Volume: 367 Pages: 96-124

    • DOI

      10.1016/j.aop.2016.01.012

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rigorous bound on energy absorption and generic relaxation in periodically driven quantum systems2016

    • Author(s)
      Takashi Mori, Tomotaka Kuwahara, and Keiji Saito
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 116 Pages: 120401/1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.116.120401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermodynamics of Micro- and Nano-Systems Driven by Periodic Temperature Variations2015

    • Author(s)
      Kay Brandner, Keiji Saito, and Udo Seifert
    • Journal Title

      Phys. Rev. X

      Volume: 5 Pages: 031019/1-16

    • DOI

      10.1103/PhysRevX.5.031019

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 低次元系での異常熱輸送現象の理論2016

    • Author(s)
      齊藤圭司
    • Organizer
      日本物理学会第71回年次大会
    • Place of Presentation
      東北学院大学(宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2016-03-21 – 2016-03-21
    • Invited
  • [Presentation] Rigorous bound on energy absorption in periodically driven many-body quantum systems2015

    • Author(s)
      Keiji Saito, Tomotaka Kuwahara, and Takashi Mori
    • Organizer
      Non-equilibrium Statistical Physics
    • Place of Presentation
      ICTS, Bangalore (India)
    • Year and Date
      2015-11-12 – 2015-11-12
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Waiting for entropic fluctuations in stochastic thermodynamics2015

    • Author(s)
      Keiji Saito, Abhishek Dhar
    • Organizer
      Long-term workshop on "New Frontiers in Non-equilibrium Physics 2015
    • Place of Presentation
      基礎物理学研究所(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2015-07-30 – 2015-07-30
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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