势垒几乎是有限功率下的理想量子热电器
介观与纳米尺度物理
2026-04-13 v2 量子物理
摘要
量子热力学定义了在有限功率输出下效率最大可能的理想量子热电器。然而，这种理想热电器在实验中难以实现。相反，本文考虑两种常用于实验的热电器类型：(i) 具有有限高度的势垒或量子点触点，和 (ii) 双势垒结构或单水平量子点。我们依据 Landauer 散射理论对它们进行建模，即 (i) 步階传输和 (ii) 洛伦兹式传输。我们对它们在用作热电发动机或制冷机时，以给定功率输出优化其热力学效率。洛伦兹式效率在vanishing功率下表现优异，但我们发现它在实际有意义的有限功率下表现较差。相比之下，步階传输在所有功率输出下都距离理想效率（通常在 15% 以内）相当接近。步階传输在包含 phonons 和其他热泄漏的情况下也接近理想，而洛伦兹式在这种情况下表现非常差。因此，一个简单的纳米尺度热电器——由势垒或量子点触点制成——几乎与理想热电器一样高效。
关键词
引用
@article{arxiv.2507.14977,
title = {Potential barriers are nearly-ideal quantum thermoelectrics at finite power output},
author = {Chaimae Chrirou and Abderrahim El Allati and Robert S Whitney},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.14977},
year = {2026}
}
备注
13 pages & 6 figures. This is the final author version of this paper (to appear in Phys. Rev. B)