Sciencemag.cz
Related Articles
Vědcům se podařilo zesílit supravodivost pomocí vakuových fluktuací. Tento výsledek představuje významný pokrok v ovládání kvantových stavů hmoty.
Vakuum není úplně prázdné – neustále v něm vznikají a zase zanikají virtuální částice, je to svět dynamických kvantových fluktuací.
Novou studii vedli Zeng Changgan a Cheng Guanghui z Čínské akademie věd spolu s profesorem Jiang Qingdongem ze Šanghajské univerzity Jiao Tong, Frankem Wilczeketem z Massachusetts Institute of Technology a dalšími spolupracovníky (poznámka: F. Wilczek je nositel Nobelovy ceny za fyziku za objevy v oblasti silné interakce; dvě popularizační knihy od něj vyšly i v češtině).
Vědci se zaměřili na účinky vakuových fluktuací v systémech kondenzované hmoty. V dřívější studii se týmu podařilo dosáhnout přímé kontroly nad vakuovými fluktuacemi: reverzibilního přechodu Casimirovy síly z přitažlivé na odpudivou v magnetickém poli. Tato studie vyvolala další otázku: Lze vakuové fluktuace využít k manipulaci s makroskopickými kvantovými stavy? Tým navrhl koncept „vakutroniky“, v němž uměle vytvořená vakuová prostředí regulují chování elektronů a fotonů, čímž položil teoretický základ pro interpretaci mechanismu vakuem zesílené supravodivosti popsaného v této studii.
(Poznámka: Casimirův jev je přitahování dvou těles ve vakuu způsobené kvantovými fluktuacemi; omezující geometrie zakazuje vznik některých vln/virtuálních částic mezi tělesy – „nevejdou se tam“, takže vnější tlak vakua je zatlačuje k sobě. Jde o analogii toho, když jsou na moři k sobě tlačeny dvě lodi plující rovnoběžně vedle sebe.)
„Vakuové fluktuace ve volném prostoru jsou obecně příliš slabé na to, aby vyvolaly pozorovatelné jevy v makroskopických systémech kondenzované hmoty,“ uvedl Zeng. „Abychom toto omezení překonali, zavedli jsme terahertzový rezonátor s rozštěpeným prstencem (split-ring). Taková temná dutina dokáže přetvořit elektromagnetické prostředí a podstatně zesílit vakuové fluktuace.“
Poznámka: Dark cavity (temná dutina/rezonátor) odkazuje na rezonátor, který není buzen vnějšími fotony (reaguje čistě na vakuové fluktuace).
V nové studii vědci zabudovali supravodivý diselenid niobu NbSe2 do terahertzové temné dutiny a vytvořili tak zařízení spojující supravodič s temnou dutinou. Systematickým srovnáním supravodivosti mimo dutinu a uvnitř ní tým zjistil výrazné zvýšení kritické teploty supravodivosti NbSe2. Kritická teplota se v šestivrstvém zařízení mohla zvýšit až o 5,4 %, zatímco kritický proud a kritické magnetické pole se v blízkosti supravodivého přechodu výrazně zesilovaly.
Aby objasnil původ zesílení supravodivosti, provedl tým systematické kontrolní experimenty s více parametry, včetně geometrie dutiny, charakteristické frekvence, tloušťky materiálu, dielektrických materiálů a kovových proužků. Tyto experimenty účinně vyloučily triviální faktory, jako jsou pnutí, degradace materiálu, nehomogenita a efekty kovového stínění.
Zejména zesílení supravodivosti vykazovalo rezonanční závislost (vrchol) na charakteristické frekvenci temné dutiny. „Tento výsledek, úzce spojený s fotonickými vlastnostmi dutiny, poskytuje silný experimentální důkaz o vazbě mezi supravodivým stavem a módy temné dutiny,“ uvedl Zeng.
Autoři studie dále vyvinuli teoretický model a vysvětlili základní mechanismus. V rámci Ginzburg–Landauova modelu navrhli, že supravodivý stav si vyměňuje virtuální fotony s temnou dutinou, čímž se snižuje energie supravodivého stavu, a tím se supravodivost posiluje.
„Ve většině praktických fyzikálních aplikací slouží vakuum pouze jako pasivní scéna, na níž se odehrávají jevy. Tato práce ukazuje, že samotné pozadí se může stát aktérem – upraveným tak, aby posílilo supravodivost a přetvořilo chování kvantové hmoty,“ dodal Wilczek.
Zheyan Wang et al, Evidence for vacuum-enhanced superconductivity in NbSe2, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-026-11037-x
Zdroj: Chinese Academy of Sciences / Phys.org, přeloženo / zkráceno
