量子制冷机与热力学第三定律

本文研究了被冷却的量子浴在温度降至绝对零度时的降温速率。通过在趋近绝对零度 ($T \rightarrow 0$) 时评估冷却过程 $dT(t)/dt \sim -T^{\zeta}$ 的特征指数 $\zeta$，对热力学第三定律进行了动力学量化。采用了一个连续的量子制冷机模型，其工作介质由两个耦合谐振子或两个耦合二能级系统组成。该制冷机是一个非线性器件，汇合来自三个热浴的三个流：待冷却的冷浴、作为熵汇的热浴，以及作为冷源动力的驱动浴。将热驱动制冷机（吸收式制冷机）与功率驱动制冷机进行了比较。在优化后，两种情况得出相同的指数 $\zeta$，表明其不依赖于工作介质的形式和驱动器的特性。因此，特征指数由冷浴的性质及其与系统的相互作用决定。考虑了两种典型的热浴模型：由谐振子组成的浴和由理想玻色/费米气体组成的浴。讨论了第三定律对相互作用哈密顿量施加的限制。附录概述了周期驱动开放系统理论及其对热力学的意义。