排他统计作为量子热机中的热力学资源

以自由费米子载波运行的量子热电热机可提取的最大功率受限于通用惠特尼极限 \(P_{\text{fermion}}^{\max} \simeq 0.0321\pi^2 k_B^2(T_L-T_R)^2/h\)。该团队证明,这一极限并非量子热机的基本限制,而是费米子统计特性的产物。在非线性Landauer-Büttiker框架内,玻色子工作介质可产生严格增强的通用最大功率 \(P_{\text{boson}}^{\max} = (\ln 2)^2\, k_B^2(T_L-T_R)^2/h\),超过费米子极限的因子为 \((\ln 2)^2/(0.0321\pi^2) \approx 1.52\)。该团队提出通过铁磁自旋链中的磁振子输运作为实验上可行的玻色子实现方案。引入参数为 \(g\) 的Haldane分数排斥统计,可在玻色子(\(g = 0\))和费米子(\(g = 1\))极限之间实现连续插值,揭示了在降低偏置成本条件下,当 \(g < 1\) 时最大功率的单调增强。这些结果确立了量子统计排斥作为一种此前未被认识且可独立调谐的热力学资源,开启了传统载波工程方法无法企及的性能新领域。
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提交arXiv: 2026-06-17 17:31

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