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离散量子反馈控制的热力学第二定律
其中 FS 是初始和最终热力学平衡态之间的亥姆霍兹自由能差。在不同的背景下，量子反馈控制因控制和稳定量子系统而引起了相当大的关注 [16-22]。例如，它可以应用于压缩电磁场 [18]、自旋压缩 [20] 和稳定宏观相干性 [22]。虽然作为随机动态系统的量子反馈控制理论框架已经很完善，但量子反馈控制可能带来的热力学增益尚未完全了解。在本文中，我们推导出一个新的热力学不等式，它对可从具有离散量子反馈控制的多热浴中提取的功设置了基本极限 [7, 23]，包括量子测量 [23, 24] 和取决于测量结果的机械操作。最大功的特征是热力学系统与反馈控制器之间的广义互信息量。我们将其称为 QC 互信息量，其中 QC 表示被测系统是量子的，测量结果是经典的。在经典测量的情况下，QC 互信息量简化为经典互信息量 [25]。在没有反馈控制的情况下，新的不等式
本体热力学决定膜中表面氢浓度
未转化的反应物。在此步骤中，氢气可从混合物中分离出来，并在反应中重新使用。在未来以氢气为主要能源载体的情况下，分离和/或纯化能量昂贵的氢气将变得更加重要。[1–3] 一种有前途的方法是使用由吸氢金属（如钯和钯合金）制成的氢选择性膜。[4,5] 此类膜的渗透性取决于两侧的表面性质（解离/复合）和本体渗透性（扩散和溶解度）。[4] 人们已经进行了大量研究，以寻找比钯具有更高渗透性的廉价材料（例如钒、铌、钽及其合金[6–10]），然而，昂贵的钯和钯基合金由于其良好的表面性质仍然是优越的膜材料。 [5,11] 如果可以修改诸如钒基合金等廉价材料的表面性质以匹配钯的性质，它们将彻底改变该技术。尽管这个目标相当简单，但是对于这些理想的表面性质仍然存在知识缺口。大多数著作引用了表面科学的概念，描述了氢的物理吸附、解离（屏障）和化学吸附。[12] 但是，需要额外的步骤 - 跳跃到亚表面位点和相邻的本体位点 - 才能充分模拟渗透过程。尽管如此，由于步骤之间的复杂相互作用，建模的预测能力有限 [4,6,13]，更重要的是 - 由于缺乏原位氢分析，只能通过与非常基础的实验（渗透动力学，例如参考文献 [14]）进行比较才能进行实验验证。Baldi 等人已经证明了电子能量损失谱可以作为纳米颗粒中本体氢的分析方法。 [15] 在本文中，我们进一步开发了通过反射电子能量损失谱 (REELS) 原位探测氢化物薄膜表面氢含量的方法。该方法应用于实验方法，其中可以有意改变膜的表面性质并在操作条件下确定其氢含量。我们通过直接观察 Pd/V 复合膜中渗透对氢含量的依赖性证明了限速步骤的存在。建模得出了各个层的相关性，从而可以将结果与从氢吸收中获得的结果联系起来
通过写作捕捉学生对热力学和动力学的概念
热力学和动力学是化学课程中的关键主题，对不同教育水平的学生都构成挑战。这些困难源于这些主题固有的复杂性和混合表述。此外，虽然热力学和动力学是相关的，但学生很难在概念上建立正确的联系，有时将它们视为两个毫无关系的独立主题，有时又混淆它们的含义和解释力。在这里，我们通过一项写作学习活动捕捉了学生对热力学和动力学的概念，该活动利用同行评审和修订，让学生将这些概念应用到现实世界中。这项研究确定了学生是否专注于作业针对的概念，并描述了同行评审反馈的化学内容。学生对热力学和动力学内容的描述，以及两者之间的关系以及它们如何与作业中给出的应用联系起来，在这一过程中得到了改进，这表明同行评审和修订在支持学生描述这些概念方面发挥了重要作用。在以内容为中心的同行评审评分标准的指导下，学生提供了建设性的化学内容导向反馈。具体而言，对学生写作和评论的分析表明，这项作业有潜力让学生参与建立复杂相关主题之间的联系，包括区分自发性和速率以及适当地关联活化能和速率。这项研究的结果表明，即使没有教师的直接反馈，写作也可以用来引出学生对物理化学主题的具体概念，并培养学生对化学内容的解释技能。
CME 572：材料先进热力学（2019 年春季）
理解热力学定律中材料的平衡性质对于物理学、化学、材料科学、化学工程、机械工程等许多学科都至关重要。在本课程中，我们将回顾统计热力学理论，这是一种概率方法，它根据材料成分（原子、分子等）的微观变量来描述材料的平衡性质。此外，我们研究热力学定律在材料平衡和性质中的应用，为处理材料中的一般现象奠定了基础，包括相变、化学反应、磁性、弹性等。在课程的前半部分，我们将探讨统计力学的基本概念和技术，它为我们提供了研究多粒子系统的理论工具。在课程的第二部分，我们将研究热力学概念在从单组分到多组分系统的相平衡、相变和相图分析中的应用。最后，我们将结合整个课程中讨论的理论工具，通过计算技术检查真实物理系统的热力学性质，包括 i) 最先进的量子力学计算机程序（例如 abinit）以探索原子的微观行为，以及 ii) 用于热力学建模的计算机程序，以获得宏观平衡状态并构建相图（例如 FactSage、Pandat）。
随机热力学是了解计算能量成本的关键吗？
至少从19世纪起，物理系统的热力学和综合性质之间的关系一直是一个主要的理论兴趣。在过去的半个世纪中，随着数字设备的充满活力的成本爆炸，它也变得越来越重要。重要的是，现实世界中的计算机对它们的工作方式遵守多个物理约束，从而影响其热力学特性。此外，其中许多约束都适用于大脑或真核细胞等自然存在的计算机和数字系统。最明显的是，所有此类系统都必须使用尽可能少的自由度来快速完成计算。这意味着它们远非热平衡。此外，许多数字和生物学的计算机都是模块化的分层系统，对其子系统之间的连通性具有很强的限制。又一个例子是，要简化其设计，数字计算机必须是由全球时钟控制的定期流程。在20世纪的计算热力学分析中都没有考虑这些约束。随机热力学的新领域提供了正式的工具，用于分析受所有这些约束的系统。我们在这里争辩说，这些工具可以帮助我们在更深层次的水平上了解物理系统的基本热属性与它们执行的计算有关。
随机热力学是理解计算能量成本的关键吗？
自 19 世纪以来，动态物理系统的热力学和计算特性之间的关系一直是理论界关注的焦点，随着数字设备的能量成本在过去半个世纪中呈爆炸式增长，这一关系也具有越来越重要的实际意义。现实世界计算机最重要的热力学特征之一是，它们在有限的时间内以许多快速（共同）演化的自由度运行，远离热平衡。这种计算机还必须几乎始终遵守对其工作方式的多种物理约束。例如，所有现代数字计算机都是周期性过程，由全局时钟控制。另一个例子是，许多计算机都是模块化、分层系统，对其子系统的连接性有严格的限制。这种特性既适用于自然产生的计算机（如大脑或真核细胞），也适用于数字系统。现实世界计算机的这些特征在 20 世纪对计算过程热力学的分析中是不存在的，这些分析侧重于准静态慢速过程。然而，随机热力学领域在过去几十年中得到了发展——它提供了分析具有真实计算机特征的系统的形式化工具。我们在此认为，这些工具以及随机热力学领域目前正在开发的其他工具可能有助于我们在更深层次上理解动态系统的基本物理特性与其执行的计算之间的关系。
铬在熔融 LiF-NaF-KF 共晶盐中的腐蚀热力学研究
考虑到各种 F − 离子配位化合物，研究了熔融 LiF – NaF-KF (FLiNaK) 共晶盐中 Cr 0 、Cr 2 + 和 Cr 3 + 氧化状态下铬的热力学稳定性。构建了氟离子活度 (F − 和 CrF 3 − ) 电位图，以预测最稳定的 Cr 氧化态与阴离子活度、铬离子的溶剂化状态和 600°C 时的电位的关系。利用循环伏安法 - 能斯特理论分析法估算了 FLiNaK 盐中这些化合物的吉布斯自由能。为了验证构建的图表，在施加各种电位后对 Cr 进行 X 射线衍射，以确定在固化 FLiNaK 盐中检测到的化合物是否与热力学计算一致。这项工作旨在确定对熔盐核反应堆应用中的铬腐蚀有重要意义的关键热力学因素。 F − 稳定区覆盖了 Cr 自发腐蚀发生的整个区域。除了 p 1/2 H 2 /a HF 等某些条件外，在 HF 存在下（由于水分作为杂质），Cr 可能会自发氧化为 Cr 2 + 和 Cr 3 +。对于氧化的 Cr 溶质在 F − 溶剂中的各种溶剂化状态，这种情况不会发生质的变化，并且对于本文考虑的两种情况（对 1：Cr 0 /CrF 3 − /CrF 6 3 −；对 2：Cr 0 /CrF 4 2 − /CrF 5 2 −），这种情况基本相似。
电池能量转换并阐明能源存储和转换的热力学
抽象的电池能量转换在推进储能和转换技术方面是至关重要的，这是可持续能源系统的主题。这项研究深入研究了电池操作的基础热力学原理，探讨了储能，释放和转换的复杂过程。通过检查电池内的电化学反应，该研究强调了如何有效地存储和转换能量，重点是关键参数，例如熵，焓和吉布斯自由能。对这些热力学特性进行了研究对于优化电池性能，提高能量密度和提高整体效率至关重要。该研究调查了包括锂离子，固态和下一代电池在内的各种电池化学分配，以揭示其热力学行为的复杂性。此外，它解决了影响电池寿命和安全性的热管理和降解机制的挑战。本文强调了热力学在推动电池技术创新方面的重要性，旨在开发更高效，可靠和可持续的储存解决方案，这对于可再生能源和电动移动性的未来至关重要。
量子相关性可以导致违反热力学的第二定律吗？
摘要：量子纠缠会导致热发动机的效率大于Carnot循环的效率。但是，这并不意味着违反了治疗方法的第二定律，因为纯量子状态没有局部平衡，并且在没有局部平衡的情况下，无法正确配制热力学。von Neumann熵不是热力学数量，尽管它可以表征系统的排序。在系统粒子与环境的纠缠中，应重新确定隔离系统的概念。在任何情况下，量子相关性都不会导致违反其任何配方中热力学的第二定律。本文专门讨论有关量子纠缠在热力学中的作用的预期结果的技术讨论。
使用热力学和机器学习来预测光合轻度收获的多样性
氧合光合作用是地球上几乎所有生物量生产的原因，并且可能是建立富含多细胞寿命的复杂生物圈的先决条件。地球上的生命已经演变为在广泛的光线环境中进行光合作用，但具有一个常见的基本结构，该建筑的轻度捕获天线系统与光化学反应中心相连。使用轻度收获的广义热力学模型，再加上进化算法，我们预测了可能根据不同强度和光谱曲线而发展的光收集结构的类型。我们定性地重现了多种类型的氧光自养生体的天线系统的色素组成，线性吸收曲线和结构拓扑，并表明，在各种光明环境中，相同的物理原理在不同的物理原理中发展。最后，我们将模型应用于在类似地球的系外行星上存在的代表性光环境，预测氧气和无氧光合作用都可以在低质量恒星周围发展，尽管后者似乎在最酷的M-Dwarfs周围可以更好地工作。我们将其视为迈出基本生物学过程的一般进化模型的有趣第一步，并证明了假设生物学的本质超出地球具有意义。