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©2015 IOP Publishing Ltd and Deutsche Physikalische Gesellschaft. The research leading to these results has received funding from the European Union Seventh Framework program (FP7/2007-2013) under grant agreement nr 308850 (project acronym INFERNOS) and by the Swedish Research Council. J M R P gratefully acknowledges the Pufendorf Institute at Lund university for its hospitality at the beginning of this project and financial support from the Spanish MINECO Grant ENFASIS (FIS2011-22644)., We present a model for a feedback-controlled ratchet consisting of a Brownian particle and a moving, finite barrier that is shifted by an external agent depending on the position of the particle. By modifying the value of a single parameter of the feedback protocol, the model can act either as a pure rectifier, a power-stroke (PS) motor, or a combination of both. Interestingly, in certain situations the motor reaches a maximum efficiency for an intermediate value of that parameter, i.e., for a combination of the information ratchet and the PS mechanisms. We relate our results to the biological motors kinesin, myosin II, and myosin V, finding that these motors operate in a regime of length scales and forces where the efficiency is maximized for a combination of rectification and PS mechanisms., Unión Europea. FP7, Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), Swedish Research Council, Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

© 2015 Springer Heidelberg. This work has been financially supported by Grant ENFASIS (FIS2011-22644, Spanish Government)., Although there is not a complete "proof" of the second law of thermodynamics based on microscopic dynamics, two properties of Hamiltonian systems have been used to prove the impossibility of work extraction from a single thermal reservoir: Liouville's theorem and the adiabatic invariance of the volume enclosed by an energy shell. In this paper we analyze these two properties in the Szilard engine and other systems related with the Maxwell demon. In particular, we recall that the enclosed volume is no longer an adiabatic invariant in non ergodic systems and explore the consequences of this on the second law. This article is supplemented with comments by H. Ouerdane and Lawrence S. Schulman and a final reply by the authors., Gobierno de España, Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

© 2015 American Physical Society. M.E. is supported by the National Research Fund, Luxembourg in the frame of project FNR/A11/02. J.M.R.P. acknowledges financial support from Grant ENFASIS (No. FIS2011-22644, Spanish Government). This work also benefited from the COST Action Grant No. MP1209., We show that a reversible pumping mechanism operating between two states of a kinetic network can give rise to Poisson transitions between these two states. An external observer, for whom the pumping mechanism is not accessible, will observe a Markov chain satisfying local detailed balance with an emerging effective force induced by the hidden pump. Due to the reversibility of the pump, the actual entropy production turns out to be lower than the coarse-grained entropy production estimated from the flows and affinities of the resulting Markov chain. Moreover, in presence of a large time scale separation between the fast-pumping dynamics and the slow-network dynamics, a finite current with zero dissipation may be produced. We make use of these general results to build a synthetase-like kinetic scheme able to reversibly produce high free-energy molecules at a finite rate and a rotatory motor achieving 100% efficiency at finite speed., National Research Fund, Luxemburgo, Gobierno de España, European Cooperation in Science and Technology (COST), Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

©2016 American Physical Society. All authors acknowledge support from COST Action MP1209. G.M. and J.M.R.P. acknowledge funding from MINECO (Grant No. FIS2014-52486-R). F.G. and R.Z. acknowledge funding from MINECO (Grant No. FIS2014-60343-P) and EU project QuProCS (Grant Agreement No. 641277). F.G. acknowledges support from "Vicerectorat d'lnvestigacio i Postgrau" of the UIB and G.M. from FPI Grant No. BES-2012-054025., We analyze the entropy production and the maximal extractable work from a squeezed thermal reservoir. The nonequilibrium quantum nature of the reservoir induces an entropy transfer with a coherent contribution while modifying its thermal part, allowing work extraction from a single reservoir, as well as great improvements in power and efficiency for quantum heat engines. Introducing a modified quantum Otto cycle, our approach fully characterizes operational regimes forbidden in the standard case, such as refrigeration and work extraction at the same time, accompanied by efficiencies equal to unity., Unión Europea. H2020, Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), COST Action, "Vicerectorat d'lnvestigacio i Postgrau" of the UIB, FPI, Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

© 2016 Nature publishing group I.A.M., E.R., D.P. and R.A.R. acknowledge financial support from Fundacio Privada Cellex Barcelona. I.A.M., D.P. and R.A.R. acknowledge financial support from grant NanoMQ (FIS2011-24409, MINECO). I.A.M. acknowledges financial support from the European Research Council Grant OUTEFLUCOP. E.R., L.D. and J.M.R.P. acknowledge financial support from grant ENFASIS (FIS2011-22644, MINECO) and TerMic (FIS2014-52486-R, MINECO). We wish to acknowledge the work of S. Corcuff at the earliest stage of the project and fruitful discussions with R. Brito. D. Petrov passed away on 3 February 2014. He initiated the development of this project while he was the leader of the Optical Tweezers group at ICFO. We mourn the loss of a great colleague and friend., The Carnot cycle imposes a fundamental upper limit to the efficiency of a macroscopic motor operating between two thermal baths. However, this bound needs to be reinterpreted at microscopic scales, where molecular bio-motors and some artificial micro-engines operate. As described by stochastic thermodynamics, energy transfers in microscopic systems are random and thermal fluctuations induce transient decreases of entropy, allowing for possible violations of the Carnot limit. Here we report an experimental realization of a Carnot engine with a single optically trapped Brownian particle as the working substance. We present an exhaustive study of the energetics of the engine and analyse the fluctuations of the finite-time efficiency, showing that the Carnot bound can be surpassed for a small number of non-equilibrium cycles. As its macroscopic counterpart, the energetics of our Carnot device exhibits basic properties that one would expect to observe in any microscopic energy transducer operating with baths at different temperatures. Our results characterize the sources of irreversibility in the engine and the statistical properties of the efficiency-an insight that could inspire new strategies in the design of efficient nano-motors., Unión Europea. FP7, Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), Fundació Privada Cellex Barcelona, European Research Council, Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

© EPLA, 2016. This work has been supported by grants ENFASIS (FIS2011-22644) and TerMic (FIS2014-52486-R) from the Spanish Government. JMH is supported by the Gordon and Betty Moore Foundation through Grant GBMF4343., We present a feedback protocol that is able to confine a system to a single microstate without heat dissipation. The protocol adjusts the Hamiltonian of the system in such a way that the Bayesian posterior distribution after measurement is in equilibrium. As a result, the whole process satisfies feedback reversibility - the process is indistinguishable from its time reversal- and assures the lowest possible dissipation for confinement. In spite of the whole process being reversible it can surprisingly be implemented in finite time. We illustrate the idea with a Brownian particle in a harmonic trap with increasing stiffness and present a general theory of reversible feedback confinement for systems with discrete states. editor's choice Copyright (C) EPLA, 2016., Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), Gordon and Betty Moore Foundation, Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

©EDP Sciences. This work has been financially supported by Dirección General de Investigación Científica y Técnica (DGICYT) (Spain) Project No. PB94-0265. JMB and FJC acknowledge financial support from the program Becas de Colaboración of the Ministerio de Educación (Spain)., The efficiency of different types of Brownian motors is calculated analytically and numerically. We find that motors based on flashing ratchets present a,low efficiency and an unavoidable entropy production. On the other hand, a certain class of motors based on adiabatically changing potentials, named reversible ratchets, exhibit a higher efficiency and the entropy production can be arbitrarily reduced., Dirección General de Investigación Científica y Técnica (DGICYT) (España), Becas de Colaboración- Ministerio de Educación (España), Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

©2015 American Physical Society. This work has been supported by grants ENFASIS (Grant No. FIS2011-22644) and TerMic (Grant No. FIS2014-52486-R) from the Spanish Government. G.M.P. acknowledges Grant No. BES-2012-054025. This work also benefited from the COST Action MP1209., We derive a general fluctuation theorem for quantum maps. The theorem applies to a broad class of quantum dynamics, such as unitary evolution, decoherence, thermalization, and other types of evolution for quantum open systems. The theorem reproduces well-known fluctuation theorems in a single and simplified framework and extends the Hatano-Sasa theorem to quantum nonequilibrium processes. Moreover, it helps to elucidate the physical nature of the environment that induces a given dynamics in an open quantum system., Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), ENFASIS from Spanish Government, TerMic from Spanish Government, COST Action, Depto. de Estructura de la Materia, Física Térmica y Electrónica, Fac. de Ciencias Físicas, TRUE, pub

Los efectos disipativos tienen profundas consecuencias en el comportamiento y las propiedades de los sistemas cuánticos [72]. La inevitable interacción con el entorno circundante, con el cual los sistemas intercambian continuamente información, energía, momento angular o materia, es la última responsable de los fenómenos de decoherencia y de la emergencia del comportamiento clásico [490, 614]. Sin embargo, existe un amplio régimen intermedio en el cual efectos disipativos y cuánticos coexisten, dando lugar a una amplia gama de ricos y sorprendentes fenómenos que apenas están empezando a ser comprendidos. Además, las innovadoras técnicas desarrolladas recientemente para controlar y manipular sistemas cuánticos en el laboratorio han hecho esta fenomenología accesible experimentalmente y potencialmente aplicable [244, 586]. En esta tesis exploraremos desde un punto de vista teórico algunas de las conexiones entre efectos disipativos y cuánticos en lo concerniente a dos principales aspectos: el comportamiento termodinámico de los sistemas cuánticos y la relación entre las correlaciones dinámicas y cuánticas compartidas por éstos. Las correlaciones cuánticas son una de las características más sorprendentes de la naturaleza y han atraído un notable interés desde la misma formulación de la teoría cuántica. La comprensión de los mecanismos subyacentes que generan, preservan, o destruyen estas correlaciones resulta de gran importancia a la hora de explorar la frontera cuántico-clásica [597], mientras que es esencial en el diseño de esquemas en los que la decoherencia pueda ser evitada en aplicaciones prácticas [35, 143, 562]. Por otra parte, otro tipo importante de correlaciones dinámicas de caracter más tradicionalmente clásico son los fenómenos de sincronización, que han sido estudiados en un amplio rango de sistemas físicos, químicos y biológicos [433]. La sincronización puede aparecer como un comportamiento espontáneo y cooperativo de diferentes unidades que oscilan y qu

Los efectos disipativos tienen profundas consecuencias en el comportamiento y las propiedades de los sistemas cuánticos [72]. La inevitable interacción con el entorno circundante, con el cual los sistemas intercambian continuamente información, energía, momento angular o materia, es la última responsable de los fenómenos de decoherencia y de la emergencia del comportamiento clásico [490, 614]. Sin embargo, existe un amplio régimen intermedio en el cual efectos disipativos y cuánticos coexisten, dando lugar a una amplia gama de ricos y sorprendentes fenómenos que apenas están empezando a ser comprendidos. Además, las innovadoras técnicas desarrolladas recientemente para controlar y manipular sistemas cuánticos en el laboratorio han hecho esta fenomenología accesible experimentalmente y potencialmente aplicable [244, 586]. En esta tesis exploraremos desde un punto de vista teórico algunas de las conexiones entre efectos disipativos y cuánticos en lo concerniente a dos principales aspectos: el comportamiento termodinámico de los sistemas cuánticos y la relación entre las correlaciones dinámicas y cuánticas compartidas por éstos. Las correlaciones cuánticas son una de las características más sorprendentes de la naturaleza y han atraído un notable interés desde la misma formulación de la teoría cuántica. La comprensión de los mecanismos subyacentes que generan, preservan, o destruyen estas correlaciones resulta de gran importancia a la hora de explorar la frontera cuántico-clásica [597], mientras que es esencial en el diseño de esquemas en los que la decoherencia pueda ser evitada en aplicaciones prácticas [35, 143, 562]. Por otra parte, otro tipo importante de correlaciones dinámicas de caracter más tradicionalmente clásico son los fenómenos de sincronización, que han sido estudiados en un amplio rango de sistemas físicos, químicos y biológicos [433]. La sincronización puede aparecer como un comportamiento espontáneo y cooperativo de diferentes unidades que oscilan y qu, Dissipation effects have profound consequences in the behavior and properties of quantum systems. The unavoidable interaction with the surrounding environment, with whom systems continuously exchange information, energy, angular momentum or matter, is ultimately responsible of decoherence phenomena and the emergence of classical behavior. However, there exist a wide intermediate regime in which the interplay between dissipative and quantum effects gives rise to a plethora of rich and striking phenomena that has only started to be understood. In addition, the recent breakthrough techniques in controlling and manipulating quantum systems in the laboratory has made this phenomenology accessible in experiments and potentially applicable. In this thesis we aim to explore from a theoretical point of view some of the connections between dissipative and quantum effects. We focus on three main topics: the relation between dynamical and quantum correlations, the thermodynamical properties of fluctuations, and the performance of quantum thermal machines. First, we study the emergence of transient and asymptotic spontaneous synchronization induced by dissipation in harmonic quantum systems and its connections with quantum correlations. Our results show that synchronization may be used a witnesses for the slow decay or even the preservation of quantum discord in many situations of interest. Furthermore, we develop methods for engineering it in complex harmonic networks or selected clusters, where noiseless subsystems can be obtained by tuning one or few system parameters. Second, we explore the quantum versions of work and entropy production fluctuation relations. We derive a general fluctuation theorem valid for a broad class of open systems dynamics and discuss the meaning of the quantity fulfilling it. Importantly, our theorem overcomes the prototypical assumption of ideal thermal reservoirs. We also study the possibility of split entropy production in arbitrary quantum proce

Soporte magnético para la grabación y lectura de información, método de almacenamiento y lectura de información y su uso. El soporte magnético comprende un circuito magnético definido en una lámina delgada magnética con anisotropía uniaxial y un nanocomposite constituido por una red bidimensional de nanopozos asimétricos rellenos de otro material magnético de mayor coercitividad y/o anisotropía que la lámina delgada magnética. También es objeto de la invención un método de almacenamiento y lectura de información simultáneo mediante desplazamiento de paredes magnéticas y su uso en la encriptación de información. De aplicación en los sectores en los que se diseñen, produzcan o utilicen dispositivos magnéticos para el almacenamiento y lectura de información, como en los sectores de material y equipo eléctrico, electrónico y óptico, de informática, de tecnologías de la información y de la comunicación, de maquinaria y equipo mecánico, y de transportes y comunicaciones.

En esta tesis se han estudiado aspectos fundamentales relacionados con la rectificación de fluctuaciones térmicas: el control y optimización de motores colectivos, formados por un gran número de partículas brownianas. Hemos analizado diversos protocolos de control que se basan en la información sobre la posición de las partículas para mejorar el transporte. Al menos uno de estos protocolos podría utilizarse en una realización experimental de un motor browniano en el que las partículas son monitorizadas. Por otra parte, también hemos estudiado estrategias de optimización en juegos de azar colectivos estrechamente relacionados con los motores brownianos estudiados en la tesis. En una primera parte se analizan algunas estrategias de optimización a corto plazo cuyos resultados resultan inesperados. Por ejemplo, la elección en cada turno del juego más conveniente para la mayoría produce pérdidas para todo el conjunto de jugadores. Tras constatar que esta y otras estrategias simples de optimización no proporcionan la ganacia máxima, se ha abordado el problema de encontrar la estrategia óptima a largo plazo en los juegos colectivos. Entre los resultados que se han obtenido destaca la solución al problema abierto de la determinación de la secuencia óptima para los juegos de Parrondo. También hemos obtenido la estrategia óptima para los juegos colectivos tanto para un número infinito de jugadores como para un número finito de jugadores entre 1 y 100.

En esta tesis se han estudiado aspectos fundamentales relacionados con la rectificación de fluctuaciones térmicas: el control y optimización de motores colectivos, formados por un gran número de partículas brownianas. Hemos analizado diversos protocolos de control que se basan en la información sobre la posición de las partículas para mejorar el transporte. Al menos uno de estos protocolos podría utilizarse en una realización experimental de un motor browniano en el que las partículas son monitorizadas. Por otra parte, también hemos estudiado estrategias de optimización en juegos de azar colectivos estrechamente relacionados con los motores brownianos estudiados en la tesis. En una primera parte se analizan algunas estrategias de optimización a corto plazo cuyos resultados resultan inesperados. Por ejemplo, la elección en cada turno del juego más conveniente para la mayoría produce pérdidas para todo el conjunto de jugadores. Tras constatar que esta y otras estrategias simples de optimización no proporcionan la ganacia máxima, se ha abordado el problema de encontrar la estrategia óptima a largo plazo en los juegos colectivos. Entre los resultados que se han obtenido destaca la solución al problema abierto de la determinación de la secuencia óptima para los juegos de Parrondo. También hemos obtenido la estrategia óptima para los juegos colectivos tanto para un número infinito de jugadores como para un número finito de jugadores entre 1 y 100.