Thesis:

Magnetic Otto Cycle for Quantum dot and Antidot Systems

Thermodynamics has been a cornerstone of physics, providing critical insights into the principles governing heat and work in physical systems. The foundational works of Carnot, Clausius, Kelvin, and Joule laid the groundwork for classical thermodynamics, which studies macroscopic systems in equilibrium [1]. Heat engines, in particular, have played a pivotal role in developing thermodynamic principles. By converting thermal energy into mechanical work, heat engines advanced scientific understanding. They spurred the Industrial Revolution, transforming society with innovations such as the steam engine and internal combustion engine [2]. In recent years, the field has expanded to include quantum heat engines[3], devices such as quantum engines and refrigerators that operate on working mediums composed of quantum systems. This field has proved to be a fruitful research area in the last decade [4–8]. These efforts have been focused principally on the study of the different thermodynamic cycles, such as the Otto and the Stirling cycles, in different regimes [9–13] and on the use of different quantum working substances such as spins [14–18], quantum dots [19, 20], and quantum harmonic oscillators [21–25]. Recent work has also examined the role that quantum properties, such as quantum coherence and quantum correlations, play in the performance of quantum thermal machines [26–31]. Endoreversible thermodynamics, where systems maintain local equilibrium while operating in finite time, bridges the gap between idealized theoretical models and practical, real-world applications. This approach allows (...).

La termodinámica ha constituido un pilar fundamental de la física, al proporcionar perspectivas clave sobre los principios que rigen el calor y el trabajo en los sistemas físicos. Los trabajos fundamentales de Carnot, Clausius, Kelvin y Joule sentaron las bases de la termodinámica clásica, la cual estudia sistemas macroscópicos en equilibrio [1]. Las máquinas térmicas, en particular, han desempeñado un papel crucial en el desarrollo de los principios termodinámicos. Al convertir energía térmica en trabajo mecánico, estas máquinas impulsaron el avance del conocimiento científico. Asimismo, fueron el motor de la Revolución Industrial, transformando la sociedad mediante innovaciones como la máquina de vapor y el motor de combustión interna [2]. En años recientes, el campo se ha expandido para incluir las máquinas térmicas cuánticas [3] —dispositivos como motores y refrigeradores cuánticos que operan con medios de trabajo compuestos por sistemas cuánticos—, convirtiéndose en una área de investigación prolífica durante la última década [4–8]. Estos esfuerzos se han centrado, principalmente, en el estudio de diversos ciclos termodinámicos (como los ciclos Otto y Stirling) bajo distintos regímenes [9–13], así como en el empleo de diferentes sustancias de trabajo cuánticas, tales como espines [14–18], puntos cuánticos [19, 20] y osciladores armónicos cuánticos [21–25]. Trabajos recientes también han examinado el papel que desempeñan propiedades cuánticas —como la coherencia y las correlaciones cuánticas— en el desempeño de las máquinas térmicas cuánticas [26–31]. La termodinámica endorreversible, en la que los sistemas mantienen un equilibrio local mientras operan en un tiempo finito, sirve de puente entre los modelos teóricos idealizados y las aplicaciones prácticas en el mundo real. Este enfoque permite (...).