Свет и атомы: как анизотропия управляет теплом экспресс
Свет и атомы, как танцоры, могут двигаться в унисон или вразнобой. Когда их взаимодействие анизотропно — то есть зависит от направления, — танец усложняется. В новой работе физики рассмотрели модель, где множество атомов (кубитов) коллективно взаимодействуют с анизотропным полем света, и каждый компонент подключен к тепловому резервуару. Оказалось, что анизотропия может кардинально менять поток тепла через систему.
Число атомов играет роль усилителя: с его ростом пики теплового потока становятся выше, а впадины — глубже. В пределе бесконечного числа атомов (термодинамический предел) удалось вывести простые формулы, которые задают верхнюю границу теплового потока для конечных систем. Эти формулы описывают процесс, похожий на котуннелирование — когда тепло переносится не поодиночке, а согласованными порциями.
Тепловой диод — устройство, пропускающее тепло в одну сторону лучше, чем в другую, — также зависит от анизотропии. Настройка взаимодействия света с атомами открывает путь к управлению теплом на квантовом уровне, что может пригодиться в микроэлектронике будущего.
В модели Дике анизотропия взаимодействия может приводить к необычным квантовым фазовым переходам, где свойства системы меняются скачком при плавном изменении параметров.