Учёные впервые показали, что квантовые флуктуации вакуума способны усиливать сверхпроводимость. Результаты работы опубликованы в журнале Nature, а исследование провели специалисты Университета науки и технологий Китая Китайской академии наук совместно с коллегами из Шанхайского университета Цзяотун и Массачусетского технологического института, сообщает ScienceDaily.
Эксперимент провели с материалом NbSe2, помещённым в терагерцевый резонатор с разрезным кольцом. Такая «тёмная» полость изменила электромагнитное окружение образца и усилила вакуумные флуктуации. При сравнении поведения вещества внутри резонатора и вне его исследователи обнаружили заметное улучшение сверхпроводящих свойств.
В шестислойном устройстве критическая температура выросла максимум на 5,4%. Одновременно возле перехода в сверхпроводящее состояние значительно увеличились критический ток и критическое магнитное поле. «Мы наблюдали, что критическая температура может увеличиться до 5,4% в шестислойном устройстве NbSe2, тогда как критический ток и критическое магнитное поле значительно усиливаются вблизи сверхпроводящего перехода», — сказал профессор Гуанхуэй Чэн.
Чтобы исключить обычные причины такого изменения, команда проверила разные параметры установки. Учёные меняли геометрию резонатора, характерную частоту, толщину материалов, диэлектрики и металлические полоски. Эти эксперименты позволили отвергнуть объяснения, связанные с деформацией, разрушением материала, неоднородностью и экранированием металлом.
Особенно важным оказался частотный отклик: усиление сверхпроводимости достигало пика на определённой частоте, а не изменялось плавно. По словам профессора Чангана Цэна, такая связь с фотонными характеристиками полости указывает на взаимодействие сверхпроводящего состояния с модами «тёмного» резонатора. «Это представляет собой первое экспериментальное наблюдение сверхпроводимости, усиленной вакуумными флуктуациями», — отметил Чэн.
Теоретическую модель для объяснения эффекта разработали группа Циндуна Цзяна и профессор Фрэнк Вильчек. Согласно их подходу, сверхпроводящее состояние обменивается с резонатором виртуальными фотонами, из-за чего его энергия снижается, а само состояние становится устойчивее. Исследователи считают, что управляемая вакуумная среда в будущем может стать бесконтактным способом воздействия на сверхпроводники и другие квантовые материалы без прямой подачи внешней энергии.