Defesa de Tese de Doutorado #408 – Saulo Henrique Santos Silva – 02/12/2022

Fenômenos de transporte são um grande desafio que instiga pesquisadores para desvendar os mecanismos microscópicos que regem suas propriedades. O desenvolvimento de dispositivos quânticos e ferramentas teóricas para entender como os sistemas quânticos abertos fora do equilíbrio funcionam tem recebido crescente atenção nos últimos anos e tem demonstrado interessantes propriedades termodinâmicas, as quais carecem de atenção em suas definições para evitar quaisquer contradições físicas. Neste contexto, uma importante e recorrentemente estudada propriedade de transporte, com grande aplicação experimental, é a existência de retificação, ou seja, uma direção preferencial para o fluxo. Nesta presente Tese, visando o entendimento de mecanismos de controle e manipulação de correntes de calor/trabalho/spin e também das propriedades termodinâmica que sistemas quânticos abertos possuem, realizamos uma investigação detalhada em modelos centrais de estudo através de duas equações mestras nas forma de Lindblad, conhecidas como Local Master Equation e Global Master Equation. Deduzimos a equação local através do Repeated Interaction Protocol e aplicamos ao modelo de Ising sujeito a dois tipos de reservatórios nas extremidades, reservatório de spin e reservatório térmico, com o objetivo de desmembrar a corrente de energia em suas componentes: calor e trabalho. Esta primeira abordagem elucida a consistência termodinâmica que esta derivação possui além de fornecer ferramentas teóricas que regem as correntes de calor e trabalho individualmente. Aplicamos a equação Global, deduzida através do Weak Coupling Limit Derivation, à cadeia XX juntamente com as transformações de Jordan-Wigner com objetivo de deduzir um modelo analítico completo que nos permitiu demonstrar a existência de retificação térmica neste modelo, o qual demonstra ser um excelente retificador com fator de retificação não nulo no limite termodinâmico. Aprofundamos o estudo deste sistema com a presença de dephasing no modelo regido pela equação de Lindblad Global visando o entendimento de mecanismos para controlar e manipular correntes de spin. Encontramos que a interação entre dephasing e sistemas graded promoveu um aumento no fator de retificação da corrente de spin e vimos ainda que quando temos um sistema completamente graded é possível controlar o sentido da corrente, deixando que ela flua por um único sentido mesmo com reservatórios invertidos.