23682

PHY2 782

كارشناسي ارشد

فيزيك - اپتيك و ليزر

فيزيك

1403/03/27

61 ص.

حميدرضا محمدي خشوئي

باتري كوانتومي , وافازي ذاتي , ارگوتروپي , سامانه باز كوانتومي

باتري‌هاي كوانتومي باتري‌هاي پيشرفته‌اي هستند كه بر اساس مفاهيم فيزيك كوانتومي كار مي‌كنند كه از مزاياي بيشتري نسبت به باتري‌هاي معمولي برخوردار هستند. به عنوان مثال باتري‌هاي كوانتومي ظرفيت ذخيره‌سازي بسيار بالايي دارند. اين به معناي افزايش قابل توجه طول عمر باتري و افزايش زمان استفاده از اين دستگاه‌ها است. از ديگر ويژگي‌هاي جالب باتري‌هاي كوانتومي، قابليت شارژ سريع آنها است. اين بدان معني است كه مي‌توان باتري‌هاي كوانتومي را در زمان كوتاهي شارژ و آماده استفاده كرد. باتري‌هاي كوانتومي معمولاً عمر طولاني‌تري نسبت به باتري‌هاي معمولي دارند. اين ويژگي مي‌تواند در كاهش هزينه تعويض و بازسازي باتري‌ها نقش مهمي داشته باشد. باتري‌هاي كوانتومي به عنوان يك فناوري پيشرفته، در بسياري از حوزه‌ها همچون خودروهاي الكتريكي، دستگاه‌هاي پزشكي پيشرفته، سامانه‌هاي ذخيره انرژي، كامپيوترهاي كوانتومي و ... كاربرد دارند و از اين‌رو به عنوان يك فناوري آينده‌نگر مورد توجه قرار گرفته‌اند. اما در عمل طراحي باتري‌هاي كوانتومي با محدوديت‌هاي جدي مواجه است. يكي از اين محدوديت‌ها، اتلاف ناشي از برهمكنش اين سامانه‌ها با محيط اطرافشان است. بنابراين باترى‌هاى كوانتومى به عنوان منابع تامين كننده انرژى، يك سامانه باز كوانتومي به شمار مي‌روند. در نتيجه اثرات وافازي عاملي اجتناب‌ناپذير است. از طرفي يكي از سازوكارهاي وافازي، وافازي ذاتي است. هدف از اين پژوهش بررسي اثرات وافازي ذاتي بر عملكرد باتري‌هاي كوانتومي و ميزان ارگوتروپي به عنوان بيشترين كار قابل استخراج از باتري است. سامانه‌ي مورد مطالعه يك مجموعه‌ي شامل دو نقطه‌ي كوانتومي جفت شده است كه در هر يك از آن‌ها يك الكترون حبس شده است. برهمكنش الكترون‌ها توسط هاميلتوني برهمكنش اسپيني ناهمسانگرد XYZ هايزنبرگ كه شامل برهمكنش اسپين-مدار است، توصيف مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه با كنترل پارامترهايي همچون ميدان مغناطيسي، برهمكنش اسپين-مدار، ثابت جفت‌شدگي و ميزان ناهمگني ميدان مغناطيسي مي‌توان تأثير وافازي ذاتي در عملكرد و استخراج كار از سامانه را بهبود بخشيد. به عنوان مثال افزايش ميدان مغناطيسي موجب افزايش ارگوتروپي مي‌شود. بررسي‌ بيشتر نشان مي‌دهد كه اين افزايش ابتدا با شيب زياد و سپس با شيب كمتري همراه خواهد بود. همچنين افزايش برهمكنش اسپين-مدار ابتدا موجب كاهش جزئي ارگوتروپي شده و سپس با شيب زيادي آن را افزايش مي‌دهد. افزايش ثابت جفت‌شدگي نيز ابتدا موجب كاهش ارگوتروپي شده و سپس با شيب ملايمي آن را افزايش مي‌يابد. علاوه براين افزايش ناهمگني ميدان مغناطيسي ابتدا موجب كاهش جزئي ارگوتروپي و سپس افزايش آن مي‌شود.

quantum battery , intrinsic decoherence , ergotropy , quantum open system

Study of The Influence of intrinsic decoherence on the performance of quantum batteries modeled by Heisenberg spin chain

فيزيك

Quantum batteries are advanced batteries that work based on quantum physics concepts that have more advantages than conventional batteries. For example, quantum batteries have a very high storage capacity. This means a significant increase in battery life and an increase in the usage time of these devices. Another interesting feature of quantum batteries is their fast charging capability. This means that quantum batteries can be charged and ready to use in a short time. Quantum batteries typically last longer than conventional batteries. This feature can play an important role in reducing the cost of replacing and renovating batteries. As an advanced technology, quantum batteries are used in many fields such as electric cars, advanced medical devices, energy storage systems, quantum computers, etc., and therefore have been considered as a futuristic technology. But in practice, the design of quantum batteries faces serious limitations. One of these limitations is the loss caused by the interaction of these systems with their surroundings. Therefore, quantum batteries are considered as an open quantum system as sources of energy supply. As a result, decoherence effects are an unavoidable factor. On the other hand, one of the mechanisms of decoherence is intrinsic decoherence. The purpose of this research is to investigate the effects of intrinsic decoherence on the performance of quantum batteries and the amount of ergotropy as the maximum work that can be extracted from the battery. The studied system is a set consisting of two coupled quantum dots, in each of which an electron is trapped. Electron interaction is described by Heisenbergʹs XYZ anisotropic spin interaction Hamiltonian which includes spin-orbit interaction. The results show that by controlling parameters such as magnetic field, spin-orbit interaction, coupling constant and degree of inhomogeneity of the magnetic field, it is possible to improve the effect of inherent diffusion on the performance and extraction of work from the system. For example, increasing the magnetic field increases ergotropy. Further investigation shows that this increase will be first with a high slope and then with a lower slope. Also, increasing the spin-orbit interaction first causes a slight decrease in ergotropy and then increases it with a large slope. The constant increase of coupling also first causes a decrease in ergotropy and then increases it with a gentle slope. In addition, increasing the inhomogeneity of the magnetic field first causes a slight decrease in ergotropy and then increases it.

5

33717