不可逆热力学循环的几何效率界

随机热力学革新了我们对有限时间运转热机的理解。近来众多研究考虑了具有给定热力学空间剖面（如经典热力学中$P-V$空间）的热力学循环作为热机的最优运行，尤其聚焦于卡诺热机。本工作中，我们借助热力学几何视角探索具有连续变化浴温的全热力学循环空间，以寻找慢驱动区间中形状最优的循环。我们应用经典等周不等式推导任意不可逆热力学循环效率的普适几何界，并显式构造了在特定模型系统中近饱和此界的有限时间高效热机。鉴于该界，这些最优循环比所有其它作为有限时间热机运转的热力学循环——包括著名的卡诺、斯特林与奥托循环——都更高效。例如，相较于近期实验，这对应于特定时间区间运转热机效率的数量级提升。我们的结果提出了未来介观热机的新设计原则，并适于实验探究。