Asymmetric quantum devices and heat transport

Abstract

Motivada por el impacto tecnológico del diodo eléctrico, esta tesis se dedica a explorar la física y los posibles diseños de dispositivos que tienen una respuesta asimétrica a estímulos externos. Se estudian dispositivos diferentes. Uno de ellos es el diodo térmico, un dispositivo que, análogamente al diodo eléctrico, permite el flujo de corrientes de calor en una dirección pero se comporta como un aislante en la opuesta. Se exploran varios diseños basados en cadenas de iones y átomos para obtener un diodo térmico eficaz y factible. El segundo tipo de dispositivo se basa en un potencial cuántico en una dimensión que tenga coeficientes de transmisión y reflexión asimétricos para las partículas que inciden desde la izquierda y la derecha. Este tipo de dispositivo requiere hamiltonianos no hermíticos y no locales. Se propone una implementación de un hamiltoniano no local y no hermítico en una plataforma de óptica cuántica. Esta implementación cuántico-óptica da la asimetría de transmisión/reflexión coeficientes buscada.

Motivated by the technological impact of the electric diode, this thesis is devoted to explore thephysics and possible designs of devices that have an asymmetric response to external inputs.Two different devices are studied. One of them is the thermal diode, a device that, analogouslyto the electric diode, allows heat currents to flow in one direction but behaves as an insulator inthe opposite one. Several designs based on chains of ions and atoms are explored to obtain a performant and feasible thermal diode. The second kind of device is based on a quantumpotential in 1 dimension that has asymmetric scattering coefficients for particles incident fromthe left and the right. This kind of device requires non-Hermitian and non-local hamiltonians. Animplementation of a non-local and non-Hermitian Hamiltonian is given in a quantum-opticalset-up. The quantum-optical implementation has asymmetric scattering coefficients.