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Geometric heat pump:Controlling thermal transport with time-dependent modulations

Frontiers of physics 2022年第1期17卷 155-168页

作者： Zi Wang Luqin Wang Jiangzhi Chen Chen Wang Jie Ren Center for Phononics and Thermal Energy Science China-EU Joint Lab on NanophononicsShanghai Key Laboratory of Special Artificial Microstructure Materials and TechnologySchool of Physics Science and EngineeringTongji UniversityShanghai200092China Department of Physics Zhejiang Normal UniversityJinhua321004China

The second law of thermodynamics dictates that heat simultaneously flows from the hot to cold bath on average. To go beyond this picture, a range of works in the past decade show that, other than the average dynamical heat flux determined by instantaneous thermal bias, a non-trivial flux contribution of intrinsic geometric origin is generally present in temporally driven systems. This additional heat flux provides a free lunch for the pumped heat and could even drive heat against the bias. We review here the emergence and development of this so called “geometric heat pump”, originating from the topological geometric phase effect, and cover various quantum and classical transport systems with different internal dynamics. The generalization from the adiabatic to the non-adiabatic regime and the application of control theory are also discussed. Then, we briefly discuss the symmetry restriction on the heat pump effect, such as duality, supersymmetry and time-reversal symmetry. Finally, we examine open problems concerning the geometric heat pump process and elucidate their prospective significance in devising thermal machines with high performance.

关键词： geometric phase heat pump stochastic heat transport non-adiabatic control

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