Une équipe de recherche dirigée par le professeur Zeng Changgan et le professeur spécial Cheng Guanghui de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC), en collaboration avec des partenaires, est parvenue pour la première fois à renforcer la supraconductivité par les fluctuations du vide à l'aide d'une « cavité sombre ». Les résultats de la recherche ont été publiés dans Nature le 19 août.
Dans le monde de l'électrodynamique quantique, le vide n'est pas vide, mais s'accompagne de la création et de l'annihilation constantes de particules virtuelles, tel un « océan » dynamique empli de fluctuations du vide. Cependant, les fluctuations du vide dans l'espace libre sont généralement trop faibles pour avoir un effet observable sur les systèmes macroscopiques de matière condensée. Comment les transformer en une ressource pour contrôler les états quantiques de la matière constitue un enjeu majeur à l'intersection de la physique de la matière condensée et de l'électrodynamique quantique en cavité.
L'équipe de Zeng Changgan avait auparavant mené des travaux sur le contrôle des effets des fluctuations du vide eux-mêmes, réalisant une transition réversible de la force de Casimir, de l'attraction à la répulsion. Cela a inspiré l'équipe à approfondir la réflexion : serait-il possible d'utiliser les fluctuations du vide pour parvenir à un contrôle réglable des états quantiques macroscopiques de la matière ? Pour ce faire, l'équipe de recherche a introduit une « cavité sombre » constituée de résonateurs à anneau fendu térahertz, renforçant considérablement les fluctuations du vide en remodelant l'environnement électromagnétique. L'équipe a intégré le supraconducteur diséléniure de niobium dans la cavité sombre et a constaté que la température critique supraconductrice du diséléniure de niobium dans la cavité sombre augmentait de manière substantielle. Dans les dispositifs à six couches de diséléniure de niobium, la température critique a augmenté jusqu'à 5,4 %. De plus, le courant critique et le champ magnétique critique du supraconducteur ont également été considérablement renforcés près de la transition supraconductrice. Il s'agit de la première observation expérimentale au monde d'un renforcement de la supraconductivité par les fluctuations du vide.
Grâce à des expériences de contrôle rigoureuses, l'équipe a exclu les facteurs conventionnels tels que la déformation, la dégradation et l'inhomogénéité. En particulier, les expériences ont révélé que l'effet de renforcement supraconducteur présentait une dépendance de type pic de résonance en fonction de la fréquence caractéristique de la cavité sombre, fournissant une preuve clé du couplage entre l'état supraconducteur et la cavité sombre.
Les chercheurs indiquent que cette étude, en ingénierisant les fluctuations du vide par cavité, a réalisé un renforcement non piloté de l'extérieur et sans contact de l'état stationnaire supraconducteur, offrant une nouvelle voie pour explorer les mécanismes de la supraconductivité et concevoir de nouveaux dispositifs supraconducteurs. Ce « bouton sans contact » entièrement nouveau pourrait être largement appliqué au contrôle des états quantiques de la matière.