线性棘轮势中的跑跳运动：解析解、功率提取与首达性质

我们通过推导系统稳态概率密度、流、熵产生率、可提取功率和热力学效率的解析结果，探究了在分段线性“棘轮”势中运动的跑跳粒子的性质。棘轮的空间对称性破缺整流了粒子的自推进运动，产生在扩散强度、棘轮高度和粒子自推进速度的有限值处达到峰值的正数流。可提取功率和效率也观察到类似的非单调行为。我们发现产生最大流的优化顶点位置随扩散变化，且熵产生可对扩散具有非单调依赖。特别地，当扩散趋于零时，若粒子自推进弱于棘轮力，熵产生保持有限。此外，由于对“干”活性粒子建模带来的简化，在某些参数区间内可实现近乎完美效率的功率提取。在最后部分，我们推导了不同边界与初始条件下的平均首达时间与分裂概率。本工作将活性物质的功提取研究与精确可解的活性粒子模型相联系，从而将通过此类解析结果促进活性发动机的设计。