两状态系统中的功与热波动：轨迹热力学形式化

两状态模型对从物理到化学和生物学的许多不同系统提供了现象学描述。我们研究在外部扰动作用下驱动的两状态系统中功的波动。我们计算功等于W的概率密度P(W)，沿给定的非平衡轨迹施加功，并引入轨迹热力学形式化来量化大规模限制下的功波动。随后，我们定义了计数具有等于W的功的非平衡轨迹数量的轨迹熵S(W)，满足P(W)=exp(S(W)/kT)。也可以定义轨迹自由能F(W)，其最小值对应于必须高效采样的功值，以定量测试Jarzynski等式。该形式化中还引入拉格朗日乘子，其倒数充当轨迹温度。我们的P(W)解完全满足Crooks的涨落定理，允许我们研究在时间反演不变的协议中热力学波动。热分布随后由描述小且频繁热交换事件的高斯成分和描述大偏差和罕见事件的指数尾部组成。后者的尾部宽度与上述轨迹温度相关。也讨论了大N理论中的有限大小效应以及有限N功分布的恢复。最后，我们特别关注磁性纳米颗粒系统受磁场H作用的情况，预测功和热波动可以在微型SQUID中的斜坡实验中被观察到。