时变温度与势场下布朗系统的瞬时平衡输运：可逆性、热与功关系及快速等熵过程

本文发展了在任意时变温度与势场变化下构建布朗粒子瞬时平衡（ieq）跃迁的理论。研究表明，对于温度变化型跃迁，考虑欠阻尼动力学至关重要。ieq 由时变辅助位置与动量势场维持，该势场可针对给定的时变跃迁协议算出。针对具有任意时变势参数与温度协议的调和与非调和捕获势，推导了功与热统计、能量及熵变的显式解析结果。计算了相应朗之万动力学的数值解以验证理论结果。尽管逆向过程的 ieq 跃迁并非正向过程 ieq 跃迁的时间反演（因控制参数的奇宇称性），其相空间分布函数恢复了时间反演对称性，因此逆向过程 ieq 的能量与熵变恰为前向过程的负值。进一步表明，可构建在有限跃迁速率下熵产为零的 ieq 跃迁，即快速 ieq 等熵过程，并通过显式朗之万动力学模拟加以演示。我们的理论为设计受控微观热机循环提供了基本构件，并讨论了构建高效布朗热机的启示。