Performance of Heisenberg-coupled spins as quantum Stirling heat machine near quantum critical point

物理 卡诺循环 斯特林发动机 旋转 热机 量子纠缠 凝聚态物理 量子临界点 量子 量子力学 量子热力学 量子相变 自旋(空气动力学) 量子电动力学 热力学
作者
Chayan Purkait,Asoka Biswas
出处
期刊:Physics Letters A 卷期号:442: 128180-128180 被引量:16
标识
DOI:10.1016/j.physleta.2022.128180
摘要

We study the performance of quantum Stirling machines based on two Heisenberg-coupled spins as the working system near quantum critical point (QCP). During the heat cycle, the spins perform either as a heat engine or a refrigerator, with changing magnetic field to the critical point. At the QCP, the efficiency of the engine and the coefficient of performance of the refrigerator attain the corresponding values of their Carnot counterparts, along with maximum work output. We analyze how such enhancement can be attributed to the nonanalytic behaviour of spin-spin correlation and the entanglement near the QCP. Further, we explore how two spins perform as a thermal machine in presence of a third spin, when all the three spins are in thermodynamic equilibrium and exhibit quantum Stirling cycle. • The Stirling cycle with a few spins working system can function as a heat engine or as a refrigerator. • The quantum phase transition in a few-spin system is characterized by the discontinuity in thermal correlation and entanglement. • Quantum Stirling heat machines can attain the Carnot limits of performance at the quantum critical point.
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