带有各向同性相互作用的两比特海森堡模型的量子Otto制冷机

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随着后工业时代的到来,热机和制冷机在生产中起着重要的作用,它们的小型化也是被现代快速发展的工业领域所要求的。自Scovil和Schulz-DuBois提出了量子热机这一概念后,在量子领域中研究热机和制冷机的相关问题也越来越受到人们的关注,众多物理学家致力于构建新的量子模型以及分析它们的性能问题。  本文的研究内容是围绕着四能级量子纠缠制冷机展开的,主要讨论了量子制冷机中相关物理量对制冷机性能的影响。此外,我们还针对工作物质所具备的量子特性对该量子制冷机性能所产生的影响进行了讨论。  在本文的第一章中,我们将对量子热力学的发展背景和发展现状做出简要介绍,并且说明量子模型的主要特点,以及量子模型与经典模型的主要区别。  在本文的第二章中,我们将会对本文中涉及到的关于量子力学和热力学中的一些基本概念和定理进行简单介绍和说明。  在本文的第三章中,我们选取了自旋-1/2的一维各向同性的两比特海森堡模型作为工作物质,构建了一个量子Otto制冷机模型。我们首先考虑了两种不同的绝热方案来构建量子制冷机,一是粒子间的耦合系数J不变,外磁场强度B变化;二是保持外磁场强度B不变,粒子间自旋耦合系数J变化。我们将具体说明该量子制冷机在这两种绝方案下是否能够成立,并比较量子制冷机的外界参数对制冷机中基本热力学量的影响。接下来,我们将分别讨论耦合系数J取不同值和外磁场强度B取不同值时,输入功和制冷系数随高温热源温度的变化规律,并且分析该量子模型的输入功和制冷系数随高温外磁场的变化规律。此外,我们还将讨论一种特殊的绝热方案,即在量子绝热过程中,外磁场强度B和粒子间耦合系数J按照等比例变化,也就是说J1/B1=J2/B2=κ在循环过程中保持不变,其中κ称作相对耦合强度。我们将讨论在这种绝热条件下构成的量子制冷机的性能问题,并与之前的两种绝热方案下的量子制冷机进行简单比较。  最后,通过对该量子制冷机的研究得出了主要结论并对其进行展望。
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