辽宁
如果说有什么东西真正"什么都没有"，很多人的第一反应会是：真空。然而在量子物理学家眼中，真空从来不是一片死寂。
即使抽走所有物质、降到最低能量，空间中依然翻涌着微小而持续的电磁场起伏，这就是"量子真空涨落"。
如今，中国科学家首次在实验中证明：这种看不见摸不着的真空涨落，经过精心"设计"之后，竟然可以让超导体变得更强。
这项研究由中国科学技术大学曾长淦教授和程光辉教授领导，合作者包括上海交通大学的蒋庆东教授和美国麻省理工学院的诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克等，于8月19日发表在《自然》杂志上。
真空里的"暗流"
根据量子力学的不确定性原理，电磁场不可能完全静止，哪怕在最低能态，也会不断出现短暂的起伏。这听起来很玄，却早已有实验证据。
比如，原子能级中细微的"兰姆位移"，以及两块平行金属板在真空中会相互吸引的"卡西米尔效应"，都是真空涨落真实存在的证明。但这些效应通常只在微观尺度上显现。
曾长淦指出，自由空间中的真空涨落通常太弱，难以对宏观凝聚态体系产生可观测的影响。超导恰恰是一种典型的宏观量子现象：数以亿计的电子"手拉手"结成对，整齐划一地运动，让电流畅通无阻。
要让微弱的真空涨落撬动这样一个庞大的集体，必须先想办法把它放大。
一个不开灯的"暗腔"
研究团队的办法，是设计一种工作在太赫兹波段的开口环谐振器。
可以把它想象成一个带缺口的金属小环，它能把特定频率的电磁模式"囚禁"在其中，从而重塑周围的电磁环境，大幅放大真空涨落。
由于不向其中注入任何光或电流，这种结构被称为"暗腔"。程光辉解释，这项研究令人兴奋之处就在于腔是"暗"的：没有光照射材料，也没有能量主动泵入，效应完全来自无处不在的量子真空涨落。
研究人员把层状超导材料二硒化铌部分嵌入暗腔之中，构建出一种"超导体—暗腔"耦合器件。实验结果显示，在一个六层厚的样品中，超导转变温度最多提高了5.4%。
除了转变温度，器件的临界电流和临界磁场等超导特性也得到了增强。为了排除干扰，团队比较了腔内与腔外的器件，并对腔的几何形状、共振频率、材料厚度、介电层和金属条等因素逐一做了对照实验。
更有说服力的是，增强效应会在特定的腔频率处达到峰值。
蒋庆东解释，当腔模式的特征能量与低能超导涨落相匹配时，器件会出现"共振增强"，就像推秋千时节奏刚好对上，效果最为明显。
形象地说，当超导体与真空涨落"对上话"之后，保持超导状态在能量上变得更加划算。
把真空变成"调控旋钮"
5.4%听起来不算大，但这项工作的意义不在于数字本身，而在于开辟了一条全新的调控路径。过去，科学家调控超导主要依靠化学掺杂、施加压力，或者用强激光"照射"材料。
这些方法要么会改变材料本身，要么需要持续输入能量，而且常常伴随发热等副作用。相比之下，真空工程是一种"非接触、无驱动"的方式：不用碰材料，也不用给它持续供能，只需改变它所处的电磁环境。
曾长淦表示，这项工作确立了"量子真空工程"作为一种新的非侵入式超导调控手段，它也有望用于调控超导以外的其他物质状态。
这项研究建立在团队此前的工作基础上：他们曾利用磁场，实现了卡西米尔力在吸引与排斥之间的可逆切换。
蒋庆东团队还提出了"真空电子学"的概念，主张通过工程化的真空环境来控制电子和光子的行为，此次实验被视为这一构想的首个具体实证。
值得一提的是，此前也有其他团队观察到腔中真空涨落对超导产生了抑制作用，这说明真空与超导之间的关系相当微妙，取决于具体的材料和腔体设计。
研究团队也坦言，这还只是在一种层状材料、一种特定腔体中的原理验证，远不是通往室温超导的捷径。下一步，他们希望通过改进腔体和材料设计进一步放大效应，并与理论物理学家合作，深入探究背后的微观机制。
从"真空是空的"到"真空可以被设计"，人类对世界的理解又向前迈出了一步。
或许在不远的将来，"给材料换个真空环境"会和"给材料加点掺杂"一样，成为物理学家手中的常规工具。
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