A equipa de investigação liderada pelo Professor Zeng Changgan e pelo Professor Especial Cheng Guanghui, da Universidade de Ciência e Tecnologia da China (USTC), em colaboração com outros parceiros, utilizou pela primeira vez uma "cavidade escura" para realizar supercondutividade amplificada por flutuações do vácuo. O resultado da investigação foi publicado na Nature a 19 de agosto.
No mundo da eletrodinâmica quântica, o vácuo não está vazio, mas é acompanhado pela constante criação e aniquilação de partículas virtuais, assemelhando-se a um "oceano" dinâmico repleto de flutuações do vácuo. No entanto, as flutuações do vácuo no espaço livre são geralmente fracas, sendo difícil produzirem efeitos observáveis em sistemas de matéria condensada macroscópicos. Como transformá-las num recurso para controlar estados quânticos da matéria é uma questão importante na intersecção entre a física da matéria condensada e a eletrodinâmica quântica de cavidades.
A equipa de Zeng Changgan havia anteriormente realizado o controlo do próprio efeito das flutuações do vácuo, conseguindo uma transição reversível da força de Casimir, de atrativa para repulsiva. Isto inspirou a equipa a considerar uma questão mais profunda: seria possível utilizar as flutuações do vácuo para conseguir um ajuste controlável de estados quânticos macroscópicos da matéria? Para tal, a equipa introduziu uma "cavidade escura" constituída por ressonadores de anel dividido de terahertz, amplificando significativamente as flutuações do vácuo através da remodelação do ambiente eletromagnético. Ao incorporar o supercondutor disseleneto de nióbio na cavidade escura, a equipa descobriu que a temperatura crítica supercondutora do disseleneto de nióbio na cavidade escura aumentava substancialmente. No dispositivo de disseleneto de nióbio com seis camadas, a temperatura crítica aumentou até 5,4%. Além disso, a corrente crítica e o campo magnético crítico do supercondutor também aumentaram significativamente nas proximidades da transição supercondutora. Esta é a primeira observação experimental a nível internacional de supercondutividade amplificada por flutuações do vácuo.
Através de experiências de controlo rigorosas, a equipa excluiu fatores convencionais como deformação, degradação e não uniformidade. Em particular, as experiências revelaram que o efeito de amplificação supercondutora apresentava uma dependência do tipo pico de ressonância com a frequência característica da cavidade escura, fornecendo evidências cruciais para o acoplamento entre o estado supercondutor e a cavidade escura.
Os investigadores afirmam que este estudo, ao engeneirar as flutuações do vácuo através da cavidade, conseguiu uma amplificação não intrusiva e sem acionamento externo do estado estacionário supercondutor, oferecendo novas perspetivas para explorar os mecanismos da supercondutividade e conceber novos dispositivos supercondutores. Este novo "botão de controlo sem contacto" tem potencial para ser amplamente aplicado no controlo de estados quânticos da matéria.