非线性直流热电输运的热力学与量子界限

我考虑了具有热电响应的量子系统中电子的非平衡直流输运。该系统可以是任何纳米结构或分子，由非线性散射理论建模，该理论精确包含了类 Hartree 静电相互作用，并唯象地包含了某些动态相互作用效应（退相干和弛豫）。当单电子充电效应可忽略时，该理论被认为是一个合理的模型。我推导了此类耦合到多个宏观储库（其中一个可能是超导的）量子系统的三个基本界限。这些界限影响非线性加热（如焦耳加热）、功和熵产生。其中两个界限对应于经典物理学中的热力学第一定律和第二定律。第三个界限是量子的（依赖于波长），在限制介观热机和制冷机的能力方面，它与热力学界限同样重要。量子界限还导出了 Nernst 不可达原理，即量子系统无法在有限时间内将储库冷却至绝对零度，尽管它可以指数级地接近。