Reaching Van den Broeck limit in linear response and Whitney limit in nonlinear response in edge mode quantum thermoelectrics and refrigeration
Abstract: Quantum heat engines and quantum refrigerators are proposed in three-terminal quantum Hall (QH) and quantum spin Hall (QSH) setups with a voltage-temperature probe in both the linear and nonlinear transport regimes. In the linear response regime, we find that efficiency at maximum power approaches the Van den Broeck limit in both QH and QSH setups. Similarly, in nonlinear response, we find that efficiency at maximum power reaches the Whitney bounds. This is for the first time, we see that in the same setup and using quantum point contacts, the thermoelectric efficiency limits in linear and nonlinear response being achieved.
- K. v. Klitzing, G. Dorda, and M. Pepper, Phys. Rev. Lett. 45, 494 (1980).
- B. I. Halperin, Phys. Rev. B 25, 2185 (1982).
- M. Büttiker, Phys. Rev. B 38, 9375 (1988).
- B. A. Bernevig, T. L. Hughes, and S.-C. Zhang, Science 314, 1757 (2006), https://www.science.org/doi/pdf/10.1126/science.1133734 .
- R. Sánchez, B. Sothmann, and A. N. Jordan, Phys. Rev. Lett. 114, 146801 (2015a).
- D. Sánchez and L. m. c. Serra, Phys. Rev. B 84, 201307 (2011).
- K. Brandner and U. Seifert, New Journal of Physics 15, 105003 (2013).
- R. Sánchez, B. Sothmann, and A. N. Jordan, New Journal of Physics 17, 075006 (2015b).
- Z. Sartipi and J. Vahedi, Phys. Rev. B 108, 195435 (2023).
- A. Mani and C. Benjamin, Phys. Rev. E 97, 022114 (2018).
- D. Gresta, M. Real, and L. Arrachea, Phys. Rev. Lett. 123, 186801 (2019).
- S. Datta, Electronic Transport in Mesoscopic Systems, Cambridge Studies in Semiconductor Physics and Microelectronic Engineering (Cambridge University Press, 1995).
- S.-Q. Shen, Topological Insulators (Springer Singapore, 2017).
- R. S. Whitney, Phys. Rev. Lett. 112, 130601 (2014).
- R. S. Whitney, Phys. Rev. B 91, 115425 (2015).
- R. Whitney, Entropy 18, 208 (2016).
- R. Das and C. Benjamin, Majorana fermion induced power-law scaling in the violation of wiedemann-franz law (2023), arXiv:2309.05492 [cond-mat.mes-hall] .
- M. Büttiker, Phys. Rev. B 41, 7906 (1990).
- G. Haack and F. Giazotto, AVS Quantum Science 3, 10.1116/5.0064936 (2021).
- G. Haack and F. Giazotto, Phys. Rev. B 100, 235442 (2019).
- K. Brandner, K. Saito, and U. Seifert, Phys. Rev. Lett. 110, 070603 (2013).
- D. Sánchez and M. Büttiker, Phys. Rev. Lett. 93, 106802 (2004).
- S. Mishra and C. Benjamin, Mathematica notebook for the numerical calculation can be found in https://github.com/Sachiraj/thermoelectricity.git (2024).
- C. Beenakker and H. van Houten, in Solid state physics, Vol. 44 (Elsevier, 1991) pp. 1–228.
- A. Mani and C. Benjamin, Scientific Reports 7, 10.1038/s41598-017-06820-w (2017).
- S. Mishra and C. Benjamin, Phys. Rev. B 108, 115301 (2023).
- R. A. Jalabert, A. D. Stone, and Y. Alhassid, Phys. Rev. Lett. 68, 3468 (1992).
- M. Buttiker, Journal of Physics: Condensed Matter 5, 9361 (1993).
- T. Christen and M. Büttiker, Europhysics letters 35, 523 (1996).
- D. Sánchez and R. López, Phys. Rev. Lett. 110, 026804 (2013).
- R. López and D. Sánchez, Phys. Rev. B 88, 045129 (2013).
- J. Meair and P. Jacquod, Journal of Physics: Condensed Matter 25, 082201 (2013).
- B. Z. Rameshti and A. G. Moghaddam, Phys. Rev. B 91, 155407 (2015).
Paper Prompts
Sign up for free to create and run prompts on this paper using GPT-5.
Top Community Prompts
Collections
Sign up for free to add this paper to one or more collections.