科学家通过太赫兹暗腔放大真空量子涨落，首次成功提升了二硒化铌的超导临界温度与电流，为量子材料调控开辟了全新路径。
在日常生活中，人们通常认为真空就是完全空无一物的空间。但在量子物理学的视角下，真空从来都不是安静的。根据量子电动力学和海森堡不确定性原理，即便处于能量最低的状态，微观世界里依然有虚粒子在不停地产生和消灭，形成无处不在的真空量子涨落。像兰姆位移、自发辐射以及卡西米尔效应等物理现象，都已经证实了这种涨落的存在。
长期以来，物理学家一直在思考一个问题，既然真空量子涨落真实存在，能否用它来调控宏观的量子状态。由中国科学技术大学和中国科学院的Changgan Zeng与Guanghui Cheng领衔的团队，联合上海交通大学的Qingdong Jiang以及麻省理工学院的Frank Wilczek等研究人员，在发表于Nature的成果中给出了肯定答案。他们首次在实验中利用真空量子涨落增强了材料的超导性能。
在自然状态下，自由空间的真空涨落非常微弱，很难对宏观凝聚态系统产生明显影响。为了解决这个难题，研究团队引入了一种太赫兹开口环谐振器。这种所谓的暗腔能够重塑周围的电磁环境，将原本微弱的真空涨落大幅放大。
在实验中，研究人员将二硒化铌超导材料放置在太赫兹暗腔内部，构建出一个超导材料与特殊电磁环境相互作用的耦合系统。对比测试结果表明，处于暗腔中的二硒化铌超导临界温度得到了显著提升。
在6层二硒化铌器件中，材料的超导临界温度最高提升了5.4%，同时在超导转变温度附近，临界电流和临界磁场也出现了明显增强。这是人类首次在实验上观察到真空涨落对超导现象的增强作用。为了排除应变、材料退化、不均匀性以及金属屏蔽等传统因素的影响，研究团队进行了一系列对照实验。他们发现，超导性能的增强幅度并非随参数平滑变化，而是在特定的特征频率处出现了类似共振的峰值，这强有力的证明了超导态与暗腔模式之间的耦合关系。
理论分析表明，这种增强机制源于超导态与暗腔之间交换了虚光子。这种相互作用降低了超导态的能量，使其更加稳定，从而在宏观上表现出更强的超导性能。
这一突破改变了物理学界对真空的传统认知。以往在大多数实用物理学中，真空仅仅是物理现象发生的被动背景，而这项研究表明，真空背景本身可以被人工设计成调控工具，在不需要直接输入外部能量的情况下，非接触式地增强超导性能并改变量子物质的禁忌状态。随着未来对腔体结构和材料体系的进一步优化，这种真空涨落耦合技术有望成为调控超导材料和其他量子材料的新手段。
原文：https://www.sciencedaily.com/releases/2026/09/260930225456.htm