Divulgació

La ràpida evolució en la manipulació de sistemes petits a escales per sota de la micra ha estimulat l'interès en la recerca científica en el camp de la termodinàmica quàntica. El principal objectiu d'aquesta disciplina és comprendre els fonaments de la termodinàmica en sistemes quàntics que es porten fora de l'equilibri per mitjà de camps externs. La majoria de treballs publicats fins ara se centren en els camps estàtics i els efectes que resulten del transport estacionari. No obstant això, existeix un interès creixent en l'anàlisi de les propietats termodinàmiques dels conductors quàntics en presència de potencials dependents del temps. En aquest article de revisió es discuteixen recerques recents sobre la calor i el treball no estacionaris en sistemes quàntics des d'una perspectiva termodinàmica, destacant algunes qüestions que encara estan sense resoldre i preguntes obertes.

El desenvolupament de dispositius electrònics quàntics és un paradigma dels sistemes quàntics oberts. En general, podem identificar en aquests sistemes un espai finit en el qual un petit nombre d'electrons es troba confinat. No obstant això, aquestes partícules no estan aïllades. Estan en contacte amb cables, substrats i l'entorn electromagnètic, que en la pràctica constitueixen focus tèrmics macroscòpics.

En aquests sistemes podem distingir dos tipus de processos dependents del temps. El primer d'ells està relacionat amb el comportament transitori després d'una pertorbació de no equilibri puntual, on es volen comprendre els processos de relaxació i termalització a mesura que el sistema s'acosta a l'equilibri. El segon és la resposta a un forçament periòdic. En aquest treball, ens centrem en aquest últim procés. Es presenten les equacions exactes per a la conversió dinàmica d'energia en un sistema quàntic en contacte amb fonts de conducció AC i terminals DC en els quals s'apliquen voltatges elèctrics. Aquestes equacions condueixen a la definició inequívoca de la producció total de calor en el sistema complet que conté el conductor central, els terminals i els contactes entre les diferents parts. Aquests resultats són independents del mètode utilitzat per avaluar les quantitats físiques involucrades. S'exposen la primera i la segona llei de la termodinàmica en el límit de freqüències baixes. Finalment, es comenten les dificultats d'accedir experimentalment de forma fiable al transport de calor resolta en temps.

Aquest article de revisió és rellevant per a diferents sistemes: condensats de Bose-Einstein, ressonadors nanoelectromecánicos, sistemes biològics amb llum i electrònica molecular. L'estudi del transport dinàmic d'energia en sistemes quàntics serà un camp molt fèrtil en els propers anys. L'article pot trobar-se en el següent enllaci http://www.mdpi.com/1099-4300/18/11