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中国科大首次实现真空涨落对超导的增强效应

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　　中安新闻客户端讯 记者8月19日从中国科大获悉，中国科学技术大学曾长淦教授、程广珲特任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Frank Wilczek教授（2004年诺贝尔物理学奖得主）等合作者，在量子物态调控领域取得重要进展：首次利用“暗腔”实现了真空涨落增强超导。该工作于8月19日发表于《自然》。

　　在量子电动力学世界中，真空并非空无一物，而是伴随虚粒子的不断产生与湮灭，犹如充满真空涨落的动态“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。

　　曾长淦团队近些年致力于凝聚态体系中量子涨落效应研究。此前团队开展了对真空涨落效应本身的调控，实现了卡西米尔力由吸引到排斥的可逆转变。这启发团队进一步思考：能否利用真空涨落，实现对宏观量子物态的可控调节？

　　为此，研究团队引入太赫兹分裂环谐振器构成的“暗腔”，通过重塑电磁环境显著增强真空涨落。研究团队将超导体二硒化铌嵌入暗腔，发现暗腔中二硒化铌的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。这是国际上首次实验观测到真空涨落增强超导。

　　通过严格对照实验，团队排除了应变、退化、非均匀性等常规因素。特别是，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，为超导态与暗腔耦合提供了关键证据。

　　理论上，蒋庆东教授研究组与Frank Wilczek教授基于Ginzburg-Landau框架，提出超导态与暗腔交换虚光子图像，该过程降低超导态能量，进而增强超导。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真空涨落，实现了对超导稳态的无外部驱动、非接触式增强，为探索超导机理与设计新型超导器件提供了新思路。这一全新“非接触式旋钮”有望广泛应用于量子物态调控。（记者汪乔）

编辑：吴春红

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