Пустота, которая усиливает сверхпроводимость: как квантовые флуктуации вакуума подняли температуру NbSe₂

Вакуум в привычном понимании — это пустота, где ничего нет. Но в квантовой физике даже «пустое» пространство кишит виртуальными частицами, которые рождаются и исчезают, создавая постоянные флуктуации. Именно эти невидимые колебания учёные впервые использовали, чтобы усилить сверхпроводимость материала без прямого контакта или внешнего воздействия.

Исследователи из Университета науки и технологий Китая поместили ультратонкий ниобий-диселенид (NbSe₂) в специальную «тёмную» полость — терагерцовый резонатор с расщеплённым кольцом. Такая конструкция усиливает квантовые флуктуации электромагнитного поля внутри вакуума. В результате переходная температура сверхпроводимости выросла на 5,4 % в шестислойном образце, а также заметно увеличились критический ток и критическое магнитное поле.

Сверхпроводимость возникает, когда электроны образуют пары и движутся без сопротивления при низких температурах. Обычно для повышения этой температуры нужны химические добавки, давление или сильные магнитные поля. Здесь же эффект достигнут за счёт обмена виртуальными фотонами между материалом и усиленным вакуумом полости. Энергия сверхпроводящего состояния понижается, делая его более устойчивым.

Учёные провели серию контрольных экспериментов, меняя геометрию полости, частоту и материалы, чтобы исключить обычные причины вроде механического напряжения или загрязнения. Усиление проявлялось резонансным образом — только при совпадении частоты полости с низкоэнергетическими флуктуациями сверхпроводника. Это подтвердило роль именно квантового вакуума.

Открытие закладывает основу нового подхода — «вакуумроники», где специально спроектированная пустота становится инструментом управления квантовыми состояниями. Метод не требует прямого энергетического воздействия и может работать бесконтактно, что особенно ценно для хрупких наноструктур.

В перспективе такие полости помогут создавать более эффективные сверхпроводники для квантовых компьютеров, магнитно-резонансных томографов и энергосберегающих линий электропередачи. Пустота перестаёт быть пассивным фоном и превращается в активного участника квантовых процессов.