Propriedades de transporte de energia em sistemas quânticos abertos: análise da cadeia XX e do modelo de Ising

dc.creatorSaulo Henrique Santos Silva
dc.date.accessioned2026-02-20T12:10:45Z
dc.date.issued2022-12-02
dc.description.abstractTransport phenomena are a major challenge that encourages researchers to to unravel the microscopic mechanisms that govern its properties. The development of quantum devices and theoretical tools to understand how open quantum systems works out of the equilibrium has received increasing attention in recent years and has demonstrated interesting thermodynamic properties, which lack attention in your definitions to avoid any physical contradictions. In this context, an important and recurrently studied transport property, with great experimental application, is the existence of rectification, that is, a preferential direction for the flow. In this present Thesis, aiming at the understanding of control mechanisms and manipulation of heat/work/spin currents and also the thermodynamic properties that quantum systems have, we carried out a detailed investigation into central models of study through two master equations in Lindblad form, known as Local Master Equation and Global Master Equation. We deduce the Local equation through Repeated Interaction Protocol and applied to the Ising model subject to two types of reservoirs in the ends, spin reservoir and thermal reservoir, in order to dismember the current of energy in its components: heat and work. This first approach elucidates thermodynamic consistency that this derivation has in addition to providing theoretical tools govern heat and work currents individually. We apply the Global equation, deducted through the Weak Coupling Limit Derivation, to the XX chain together with Jordan-Wigner transformations in order to deduce an fully analytical model which allowed us to demonstrate the existence of thermal rectification in this model, the which proved to be an excellent rectifier with non-zero rectification factor at the limit thermodynamic. We deepened the study of this system with the presence of dephasing in the model governed by the Lindblad Global equation aiming to understand the mechanisms to control and manipulate spin currents. We found that the interaction between dephasing and graded systems promoted an enhancement in the rectification factor of the spin current and we also saw that when we have a completely graded system it is possible to control the direction of the current, allowing it to flow in a single direction even with inverted reservoirs.
dc.description.sponsorshipCNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/1843/1685
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Gerais
dc.rightsAcesso aberto
dc.subjectRetificação
dc.subjectModelo de Ising
dc.subjectCadeia de spins
dc.subjectSistemas quânticos
dc.subjectTermodinâmica
dc.subject.otherRetificação térmica
dc.subject.otherSistemas Graded
dc.subject.otherModelo de Ising
dc.subject.otherCadeia de spins do tipo XX
dc.subject.otherEquação de Lindblad
dc.subject.otherSistemas quânticos abertos
dc.subject.otherTermodinâmica quântica
dc.titlePropriedades de transporte de energia em sistemas quânticos abertos: análise da cadeia XX e do modelo de Ising
dc.typeTese de doutorado
local.contributor.advisor-co1Gabriel Teixeira Landi
local.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/2343276633921524
local.contributor.advisor1Emmanuel Araújo Pereira
local.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4378380240678518
local.contributor.referee1Lucas Lages Wardil
local.contributor.referee1Celia Beatriz Anteneodo de Porto
local.contributor.referee1Ronald Dickman
local.contributor.referee1Humberto Cesar Fernandes Lemos
local.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0513583838852274
local.description.resumoFenômenos de transporte são um grande desafio que instiga pesquisadores para desvendar os mecanismos microscópicos que regem suas propriedades. O desenvolvimento de dispositivos quânticos e ferramentas teóricas para entender como os sistemas quânticos abertos fora do equilíbrio funcionam tem recebido crescente atenção nos últimos anos e tem demonstrado interessantes propriedades termodinâmicas, as quais carecem de atenção em suas definições para evitar quaisquer contradições físicas. Neste contexto, uma importante e recorrentemente estudada propriedade de transporte, com grande aplicação experimental, é a existência de retificação, ou seja, uma direção preferencial para o fluxo. Nesta presente Tese, visando o entendimento de mecanismos de controle e manipulação de correntes de calor/trabalho/spin e também das propriedades termodinâmicas que sistemas quânticos abertos possuem, realizamos uma investigação detalhada em modelos centrais de estudo através de duas equações mestras nas forma de Lindblad, conhecidas como Local Master Equation e Global Master Equation. Deduzimos a equação local através do Protocolo de Interações Repetidas e aplicamos ao modelo de Ising sujeito a dois tipos de reservatórios nas extremidades, reservatório de spin e reservatório térmico, com o objetivo de desmembrar a corrente de energia em suas componentes: calor e trabalho. Esta primeira abordagem elucida a consistência termodinâmica que esta derivação possui além de fornecer ferramentas teóricas que regem as correntes de calor e trabalho individualmente. Aplicamos a equação Global, deduzida através do Weak Coupling Limit Derivation, à cadeia XX juntamente com as transformações de Jordan-Wigner com objetivo de deduzir um modelo analítico completo que nos permitiu demonstrar a existência de retificação térmica neste modelo, o qual demonstra ser um excelente retificador com fator de retificação não nulo no limite termodinâmico. Aprofundamos o estudo deste sistema com a presença de dephasing no modelo regido pela equação de Lindblad Global visando o entendimento de mecanismos para controlar e manipular correntes de spin. Encontramos que a interação entre dephasing e sistemas graded promoveu um aumento no fator de retificação da corrente de spin e vimos ainda que quando temos um sistema completamente graded é possível controlar o sentido da corrente, deixando que ela flua por um único sentido mesmo com reservatórios invertidos.
local.identifier.orcidhttps://orcid.org/0000-0002-7389-1962
local.publisher.countryBrasil
local.publisher.departmentICX - DEPARTAMENTO DE FÍSICA
local.publisher.initialsUFMG
local.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Física
local.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::FISICA ESTATISTICA E TERMODINAMICA
local.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA GERAL::FISICA CLASSICA E FISICA QUANTICA MECANICA E CAMPOS

Arquivos

Pacote original

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
TESE_SAULO_HENRIQUE.pdf
Tamanho:
2.39 MB
Formato:
Adobe Portable Document Format

Licença do pacote

Agora exibindo 1 - 1 de 1
Carregando...
Imagem de Miniatura
Nome:
license.txt
Tamanho:
2.07 KB
Formato:
Item-specific license agreed to upon submission
Descrição: