Bunalımlı spin-örgü sisteminin kuantum termodinamiği
Quantum thermodynamics of the frustrated spin-lattice system
Yazar: SEYİT DENİZ HAN
Danışman: PROF. DR. EKREM AYDINER
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Yüksek Enerji ve Plazma Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Kuantum mekaniği = Quantum mechanics ; Termodinamik = Thermodynamics ; Örgü yapısı = Lattice structure

Özet:
Kuantum ısı makinesi sıcak ve soğuk rezervuarlar arasındaki ısı akışından güç üretir. Giderek küçülen araç ve makineler dünyasında kuantum etkilerinin ortaya çıktığı ölçekte bu makineleri üretmek önem kazanmaktadır. Böylece klasik termodinamiğin kuantum ölçeğindeki karşılığı olan kuantum termodinamiği alanı yeni bir disiplin olarak ortaya çıkar. Farklı sıcaklık düzeylerine sahip pek çok kuantum mekaniksel sistemler kullanılarak ısı makinesinin yapılabileceği literatürde gösterilmiştir. Spin sistemleri de buna iyi bir örnektir. Biz bu çalışmada bunalımlı bir sistem olarak bilinen spin-cam model üzerinde çalıştık. Spin-cam sistemler yalnızca yoğun madde fiziği ve istatistik mekaniğin değil aynı zamanda biyolojik sistemlerin dinamiğini açıklamak için de ilginç ve önemli bir konudur. Bu sistemler özellikle insan beynini modelleme veya canlılığın temel yapısını oluşturan moleküler evrimin modellenmesi konularında önemli bir yere sahip olmuştur. Bu nedenle bu tez çalışmasında bunalımlı (1/2,1,1/2) karma Heisenberg XXZ spin sistemini ele aldık ve bunalım etkisi altında kuantum ısı makinesinin üreteceği iş ve verimi hesapladık. Ele aldığımız sistem seçilen etkileşim parametresine bağlı olarak farklı manyetik fazları da gösterebilmektedir. Çalışmada ferromanyetik, antiferromanyetik faz durumlarında iş ve verim hesaplanarak spin-cam fazının sonuçları ile karşılaştırılmıştır.

Abstract:
The quantum heat engine generates power from heat flow between hot and cold reservoirs. It is important to produce quantum heat engines on a scale where quantum effects occur in the world of increasingly smaller tools and engines. Thus the field of quantum thermodynamics, which is the quantum scale equivalent of classical thermodynamics, emerges as a new discipline. A heat engine can be built using many quantum mechanical systems with different temperatures. Spin systems are a good example of this. In this study, we worked on the spin-glass model, which is known as a frustrated system. Spin-glass systems are an interesting and important topic for explaining not only condensed matter physics and statistical mechanics, but also the dynamics of biological systems. These systems have had an important role in modeling the human brain or modeling the molecular evolution that constitutes the basic structure of life. Also, we discussed the frustrated (1/2,1,1/2) mixed Heisenberg XXZ spin system and calculated the work and efficiency to be produced by the quantum heat machine under the effect of frustration. The system we are considering can also display different magnetic phases depending on the selected interaction parameter. In the study, work and efficiency were calculated in ferromagnetic and antiferromagnetic phases and compared with the results of the spin-glass phase.