Исследовательская группа под руководством профессора Цзэн Чанганя и особого профессора Чэн Гуанхуэя из Университета науки и технологий Китая совместно с партнёрами впервые использовала «тёмную полость» для усиления сверхпроводимости за счёт вакуумных флуктуаций. Результаты исследования были опубликованы 19 августа в журнале Nature.
В мире квантовой электродинамики вакуум не пуст: он сопровождается непрерывным рождением и аннигиляцией виртуальных частиц, подобно динамичному «океану», наполненному вакуумными флуктуациями. Однако в свободном пространстве вакуумные флуктуации обычно слишком слабы, чтобы оказывать наблюдаемое влияние на макроскопические конденсированные системы. Как превратить их в ресурс для управления квантовыми состояниями материи — важная задача на стыке физики конденсированного состояния и квантовой электродинамики полостей.
Ранее группа Цзэн Чанганя проводила исследования по управлению самим эффектом вакуумных флуктуаций, добившись обратимого перехода силы Казимира от притяжения к отталкиванию. Это вдохновило группу на дальнейший вопрос: можно ли использовать вакуумные флуктуации для контролируемой регуляции макроскопических квантовых состояний материи? Для этого исследовательская группа ввела «тёмную полость», образованную терагерцовыми резонаторами с разрезными кольцами, значительно усилив вакуумные флуктуации путём изменения электромагнитного окружения. Исследователи поместили сверхпроводник — диселенид ниобия — в тёмную полость и обнаружили, что критическая температура сверхпроводящего перехода диселенида ниобия в тёмной полости существенно повысилась. В устройстве из шести слоёв диселенида ниобия критическая температура повысилась максимум на 5,4%. Кроме того, критический ток и критическое магнитное поле сверхпроводника также значительно усилились вблизи сверхпроводящего перехода. Это первое в мире экспериментальное наблюдение усиления сверхпроводимости за счёт вакуумных флуктуаций.
Благодаря строгим контрольным экспериментам группа исключила такие обычные факторы, как деформация, деградация и неоднородность. В частности, эксперименты показали, что эффект усиления сверхпроводимости демонстрирует резонансную пиковую зависимость от характеристической частоты тёмной полости, что служит ключевым доказательством связи сверхпроводящего состояния с тёмной полостью.
Исследователи отметили, что данная работа, инженерируя вакуумные флуктуации с помощью полости, достигла бесконтактного усиления сверхпроводящего стационарного состояния без внешнего воздействия, что открывает новые перспективы для изучения механизмов сверхпроводимости и разработки новых сверхпроводящих устройств. Этот новый «бесконтактный регулятор» может найти широкое применение в управлении квантовыми состояниями материи.