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凝聚态物理 > 软凝聚态物理

arXiv:2501.00918 (cond-mat)
[提交于 2025年1月1日 ]

标题: 通过势能调节在布朗信息引擎中实现信息-能量交换

标题: Achievable Information-Energy Exchange in a Brownian Information Engine through Potential Profiling

Authors:Rafna Rafeek, Debasish Mondal
摘要: 信息引擎通过在操作周期中获得的互信息从单一热浴中提取功。 本研究探讨了在布朗信息引擎(BIE)中势能形状对从热涨落中获取信息的影响。 我们通过考虑一个受限势场中的阻尼布朗粒子并引入适当的对称反馈循环来设计了一个BIE。 我们发现,具有单稳态中心对称约束势的BIE可提取功的上限,取决于浴温以及约束的凸性。 凹形约束在信息-能量转换中更有效。 对于具有不稳定中心和两个对称稳定盆地的双稳态约束,可以找到一种从引擎到制冷的转变,该转变与势垒高度有关,该势垒高度与势垒和稳定盆地之间的能量差相关。 最后,我们利用信息获取中的凹性增益,在多稳态势场中设计了一个BIE,该BIE能够比单稳态约束获取更多的能量。
摘要: The information engine extracts work from a single heat bath using mutual information obtained during the operation cycle. This study investigates the influence of the potential shaping in a Brownian information engine (BIE) in harnessing the information from thermal fluctuations. We have designed a BIE by considering an overdamped Brownian particle inside a confined potential and introducing an appropriate symmetric feedback cycle. We find that the upper bound of the extractable work for a BIE with a monostable centrosymmetric confining potential, with a stable state at the potential centre, depends on the bath temperature and the convexity of the confinement. A concave confinement is more efficient for an information-energy exchange. For a bistable confinement with an unstable centre and two symmetric stable basins, one can find an engine-to-refrigeration transition beyond a certain barrier height related to the energy difference between the energy barrier and the stable basins. Finally, we use the concavity-induced gain in information harnessing to device a BIE in the presence of a multistable potential that can harvest even more energy than monostable confinement.
主题: 软凝聚态物理 (cond-mat.soft)
引用方式: arXiv:2501.00918 [cond-mat.soft]
  (或者 arXiv:2501.00918v1 [cond-mat.soft] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2501.00918
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI
期刊参考: jp-2025-00036m
相关 DOI: https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.5c00036
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来自: Rafna Rafeek [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 1 月 1 日 18:33:44 UTC (550 KB)
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