中国科学技术大学曾长淦教授、程广珲教授领衔的研究团队,联合上海交通大学蒋庆东副教授、麻省理工学院弗兰克 · 维尔切克教授等合
研究团队首次利用“暗腔”实现了真空涨落对超导的增强效应。相关成果于 8 月 19 日发表于
在量子电动力学中,真空并非真正的“空无一物”,而是伴随着虚粒子的不断产生与湮灭,如同充满量子涨落的动态“海洋”。然而,自由空间中的真空涨落通常较弱,难以对宏观凝聚态体系产生可观测影响。如何将其转化为调控量子物态的资源,是凝聚态物理与腔量子电动力学交叉领域的重要课题。
为此,曾长淦、程广珲团队引入了由太赫兹分裂环谐振器构成的“暗腔”。“暗腔”是一种不含外部光子的电磁谐振结构,通过重塑局域电磁环境,可显著增强特定频率的真空涨落。
研究团队将超导体二硒化铌嵌入暗腔,发现其超导临界温度获得实质性提高 —— 在六层二硒化铌器件中,临界温度最高提升了 5.4%。
同时,超导体的临界电流和临界磁场在超导转变附近也显著增强。这是国际上首次通过实验观测到真空涨落对超导的增强效应。
通过严格的对照实验,团队排除了应变、退化、非均匀性等常规因素的干扰。实验发现,超导增强效应随暗腔特征频率呈现共振峰形依赖关系,这为超导态与暗腔的耦合提供了关键证据。
在理论层面,蒋庆东研究组与弗兰克 · 维尔切克提出:超导态通过与暗腔交换虚光子,降低了自身能量,从而增强了超导性。当腔模的特征能量与超导材料的低能涨落能量相匹配时,超导增强效应最强。
该研究通过腔体工程化调控真空涨落,实现了对超导稳态的无外部驱动、非接触式增强。这一全新的“非接触式旋钮”为探索超导机理与设计新型超导器件提供了新思路,有望在量子物态调控领域获得广泛应用。
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