Nonequilibrium entropy production in open and closed quantum systems [Elektronische Ressource] / vorgelegt von Sebastian Deffner

Nonequilibrium entropy production inopen and closed quantum systemsDissertationzur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaftenan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakulta¨tder Universita¨t AugsburgvorgelegtvonDipl.-Phys. SebastianDeffnerausAugsburgAugsburg,Dezember2010Dissertation zur Promotion im Institut fu¨r Physik der Mathematisch-NaturwissenschaftlichenFakulta¨tanderUniversita¨tAugsburg(Doctorrerumnaturalium)1. Gutachter: Dr. EricLutz2. Gutachter: Prof. Dr. PeterHa¨nggi3. Gutachter: Prof. Dr. UdoSeifertTagdermu¨ndlichenPru¨fung: 07. Februar2011NonequilibriumentropyproductioninopenandclosedquantumsystemsLitterarumradices amaras esse,fructusiucundiores.(MarcusPorciusCato)IIIIVContents1 Prologue 11.1 Thermodynamics-Thetheoryofheatandwork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Organization ofthethesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Classical systems far from equilibrium 52.1 Entropyproductioninthelinearregime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.2 Microscopicdynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.1 Langevinequation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82.2.2 Fokker-Planckequation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.3 Generalizations ofthesecondlawarbitrarily farfromequilibrium . . . . . . . . . 122.3.1 Jarzynski’sworkrelation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .