增强超导性的真空:真空量子涨落如何提高了NbSe₂的超导转变温度

编辑者: Svitlana Velhush

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通常理解的真空是一片空无一物的虚空。但在量子物理学中,即便是「空」的空间也充斥着不断产生和消失的虚粒子,从而形成持续的涨落。正是这些看不见的振荡,被科学家首次用来增强材料的超导性,而无需直接接触或外部作用。

中国科学技术大学的研究人员将超薄二硒化铌(NbSe₂)放入一个特殊的「暗」腔——开口环太赫兹谐振器中。这种结构增强了真空内部电磁场的量子涨落。结果,在六层样品中,超导转变温度提高了5,4 %,临界电流和临界磁场也显著增大。

当电子在低温下形成配对并无阻运动时,就会产生超导性。通常要提高这一温度,需要化学掺杂、压力或强磁场。而在这里,效应是通过材料与腔内增强真空之间交换虚光子实现的。超导态的能量降低,从而使其更加稳定。

科学家进行了一系列对照实验,改变腔的几何形状、频率和材料,以排除机械应力或污染等常见原因。增强效应以共振方式出现——只有当腔的频率与超导体的低能涨落相匹配时才会发生。这证实了量子真空本身的作用。

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这一发现为一种新方法——「真空子学」奠定了基础,即专门设计的真空成为调控量子态的工具。该方法不需要直接的能量作用,并且可以非接触式工作,这对于脆弱的纳米结构尤为宝贵。

展望未来,这类腔将有助于为量子计算机、磁共振成像仪和节能输电线路制造更高效的超导体。真空不再是消极的背景,而成为量子过程的积极参与者。

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来源

  • Scientists just made a superconductor stronger using “empty space”

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