布朗粒子的工程化快速平衡
统计力学
2016-10-25 v2
摘要
任何器件或自然系统的一个基本且固有的性质是其弛豫时间 relax，即控制参数突然改变后返回平衡所需的时间[1]。减小 relax 常常是必需的，且通常通过复杂的反馈过程实现。为克服这种方法的局限，最近展示了基于驱动的替代方法[2,3]，用于孤立量子和经典系统[4--9]。将其推广到与恒温器接触的开系统则是应用中的一个绊脚石。在此，我们设计了一种名为工程化快速平衡（Engineered Swift Equilibration, ESE）的协议，其捷径化了耗时的弛豫过程，并将其应用于陷在光势中的布朗粒子，该光势的性质可随时间控制。我们在实验中实现了该过程，表明它使系统达到平衡的时间快于自然平衡速率。我们还估算了为获得此种时间缩短所需的耗散能量增加。该方法为微纳器件中的应用铺平了道路，其中操作时间的减少与小型化一样代表着重大的挑战[10]。平衡的概念以及从一个平衡态到另一个平衡态的变换是热力学的基石。气体膨胀提供了一个教科书式说明：从平衡开始，膨胀在更大容器中达到新平衡。该操作既可通过活塞非常缓慢地进行，不向环境耗散能量，也可快速进行，让活塞自由移动达到新体积。
引用
@article{arxiv.1512.07821,
title = {Engineered swift equilibration of a Brownian particle},
author = {Ignacio Martinez and Artyom Petrosyan and David Guéry-Odelin and Emmanuel Trizac and Sergio Ciliberto},
journal= {arXiv preprint arXiv:1512.07821},
year = {2016}
}