真空里动动手脚？科学家用“什么都没有”关掉了超导

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想象一下，你坐在一间绝对安静的房间里。没有声音，没有光线，甚至温度都降到了绝对零度附近。按常理，这里应该是“死寂”一片，什么都不会发生。但在量子力学的世界里，即便在这样的“真空”里，也从未真正平静过。总有那么一些能量在“折腾”，它们就是量子涨落。

现在，科学家们第一次实打实地证明了，这些源自“真空”的微小涨落，竟然有本事关掉旁边一块晶体的超导性。这听起来有点像科幻小说，但它真实地发生了。

这项听起来匪夷所思的研究，2月26日发表在《自然》杂志上。领头的是哥伦比亚大学的德米特里·巴索夫教授，和他来自全球17个机构的32位同事。

故事的起点很有趣，要追溯到几年前纽约的中央公园。当时，来自德国马克斯·普朗克研究所的理论物理学家安赫尔·鲁维奥，向巴索夫教授描绘了一个诱人的设想：能否利用真空中的量子涨落来改变材料的性质？巴索夫教授的第一反应是：“这不可能。”但他也承认，“这个想法太迷人了，让人忍不住想去试一试。”

关键在于，怎么试？要知道，量子涨落极其微弱，通常被认为在宏观世界里掀不起任何波澜。科学家们需要找到一个完美的“放大器”。

研究人员找来了两样东西。一样是一种名叫κ-ET的有机超导体。另一样，是一层薄到只有纳米级别的六方氮化硼（hBN），一种在实验室里常用作绝缘垫片的二维材料。

他们把这片小小的六方氮化硼“贴”到了κ-ET超导体上。神奇的事情发生了：在没有施加任何激光、电场或磁场的情况下，κ-ET的超导性被“关闭”了，而且影响的区域比hBN薄片本身的尺寸还要大上十倍。

为什么会这样？打个比方，好比你有一座用特定频率震动的大桥（κ-ET超导体）。当你把一个自带相同频率震动的小音叉（hBN）放上去时，两者就会产生强烈的相互作用。hBN层与层之间的量子涨落，正好有着和κ-ET晶体振动相匹配的特征频率。当两者“对上暗号”，hBN中的量子涨落就改变了κ-ET内部的电磁环境，扰乱了电子们步调一致、形成无电阻超导电流的“队列”，从而抑制了超导态。

为了验证这不是巧合，他们又用hBN去测试了另一种振动频率不同的超导体，结果发现什么影响都没有。这有力地证明了，“频率匹配”是关键。

这项突破的意义，远不止是找到了一个“关掉”超导的新方法。它更像是一种全新的、利用“真空”来调控材料的思路。

以前，科学家想要改变材料的性质，通常需要给它“加料”，比如施加高压、改变温度，或者用激光轰击。这些方法虽然有效，但效果往往是短暂的，外力一消失，材料就恢复了原状。

而这次实验展示的是一种“非接触”的、更持久的调控方式。它就像是给材料“穿上”一件由量子涨落编织的“外衣”，通过精心设计这件“外衣”（即“光学腔”的结构），就能反过来“驯服”材料内部的电子行为。

在这项研究中，六方氮化硼就扮演了这个“光学腔”的角色。它是一种所谓的“双曲材料”，内部结构能让微弱的振动被极大增强，就好比一个人的小声哼唱，在一个设计精巧的音乐厅里，能变成响彻全场的共鸣。

这意味着，科学家未来可以通过改变hBN的厚度、层数等参数，来精确地“调谐”这个量子腔，从而随心所欲地控制超导体，甚至是其他材料，比如特定的磁性材料或铁电材料。

此外，整个实验最关键的一步——“在完全黑暗中”证明量子涨落的作用，离不开另一位哥伦比亚大学物理学教授阿巴伊·帕苏帕西的贡献。他提供了一台极低温下的磁力显微镜（MFM）。这台仪器能够探测到超导体那微弱的抗磁性（即迈斯纳效应），即便超导体被其他材料覆盖着也没关系。可以说，没有这台“火眼金睛”，科学家就无法在“真空”的黑暗环境中，亲眼看到超导性被关闭的过程。

从某种角度看，这项研究也体现了中国在量子材料和二维材料研究领域已经占据了重要位置。不仅有像张帅这样的青年科学家在国际前沿做出关键贡献后回国发展，国内众多研究组也在二维材料异质结、超导调控等领域持续产出高水平成果。这次“真空调控超导”的突破，无疑为这个蓬勃发展的领域，指明了一个充满想象力的新方向。

谁能想到呢？给材料带来革命性改变的，竟然是“什么都没有”的真空。下一次，当科学家们谈论“无中生有”时，我们或许应该认真听一听了。