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利用外部有色噪声实现非平衡热力学过程。

Realization of nonequilibrium thermodynamic processes using external colored noise.

作者信息

Mestres Pau, Martinez Ignacio A, Ortiz-Ambriz Antonio, Rica Raul A, Roldan Edgar

机构信息

Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), Mediterranean Technology Park, Av. Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain.

Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), Mediterranean Technology Park, Av. Carl Friedrich Gauss, 3, 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain and Photonics and Mathematical Optics Group, Tecnológico de Monterrey, 64849 Mexico.

出版信息

Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2014 Sep;90(3):032116. doi: 10.1103/PhysRevE.90.032116. Epub 2014 Sep 16.

DOI:10.1103/PhysRevE.90.032116
PMID:25314404
Abstract

We investigate the dynamics of single microparticles immersed in water that are driven out of equilibrium in the presence of an additional external colored noise. As a case study, we trap a single polystyrene particle in water with optical tweezers and apply an external electric field with flat spectrum but a finite bandwidth of the order of kHz. The intensity of the external noise controls the amplitude of the fluctuations of the position of the particle and therefore of its effective temperature. Here we show, in two different nonequilibrium experiments, that the fluctuations of the work done on the particle obey the Crooks fluctuation theorem at the equilibrium effective temperature, given that the sampling frequency and the noise cutoff frequency are properly chosen.

摘要

我们研究了浸没在水中的单个微粒在存在额外外部有色噪声的情况下偏离平衡态时的动力学。作为一个案例研究,我们用光学镊子在水中捕获单个聚苯乙烯微粒,并施加具有平坦频谱但带宽为kHz量级的有限带宽的外部电场。外部噪声的强度控制着微粒位置波动的幅度,进而控制其有效温度。在这里,我们在两个不同的非平衡实验中表明,只要采样频率和噪声截止频率选择得当,作用在微粒上的功的波动在平衡有效温度下服从克鲁克斯涨落定理。

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Realization of nonequilibrium thermodynamic processes using external colored noise.利用外部有色噪声实现非平衡热力学过程。
Phys Rev E Stat Nonlin Soft Matter Phys. 2014 Sep;90(3):032116. doi: 10.1103/PhysRevE.90.032116. Epub 2014 Sep 16.
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