Fizik şakası gibi görünen ama sonu olmayan bir bulguyla, araştırmacılar ilk kez bir vakumdaki kuantum dalgalanmalarının süper iletkenliği güçlendirebileceğini gösterdi ve sıra dışı madde hallerini kontrol etmek için yeni bir yol açtı. Evet, boşluk artık üzerine düşeni yapıyor.

Nature dergisinde yayımlanan çalışma, Çin Bilimler Akademisi'ne bağlı Çin Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'nden Prof. Changgan Zeng ve Prof. Guanghui Cheng tarafından yönetildi. İşbirliğine Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'nden Prof. Qingdong Jiang, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Prof. Frank Wilczek ve diğer araştırmacılar da katıldı. Hiçbir şeyin bir şey yaptığını kanıtlamak için epey seçkin isim var.

Günlük dilde vakum, tamamen boş bir alan gibi gelebilir. Kuantum fiziği ise çok farklı bir tablo çizer. Kuantum elektrodinamiği ve Heisenberg belirsizlik ilkesine göre, en düşük enerji durumu bile asla tamamen hareketsiz değildir. Sanal parçacıklar sürekli ortaya çıkıp kaybolur ve her zaman var olan bir kuantum dalgalanma arka planı oluşturur. Yani bir dahaki sefere biri size boş bir varlık derse, ona iltifat için teşekkür edin.

Bu dalgalanmalar yalnızca teorik değildir. Etkileri Lamb kayması, kendiliğinden emisyon ve Casimir etkisi gibi iyi bilinen olgular aracılığıyla gözlemlenmiştir. Yani evet, evren onlarca yıldır sessizce gösteri yapıyor.

Zeng ve Cheng'in yönettiği ekipler birkaç yıldır bu vakum dalgalanmalarının yoğun madde sistemlerini nasıl etkilediğini araştırıyor. Daha önceki bir çalışmada araştırmacılar, bir manyetik alan kullanarak Casimir kuvvetini çekim ve itme arasında tersine çevrilebilir şekilde değiştirerek vakum dalgalanmalarını doğrudan manipüle edebileceklerini gösterdi. Bu sonuç daha büyük bir soruyu gündeme getirdi: Kuantum vakum dalgalanmaları makroskobik kuantum hallerini kontrol etmek için de kullanılabilir mi?

Jiang'ın grubu aynı soruna teorik bir açıdan yaklaşarak, tasarlanmış kuantum vakum ortamlarının farklı madde hallerini nasıl etkileyebileceğini inceledi. Araştırmacılar, özel olarak tasarlanmış vakum ortamlarının elektronik ve fotonik davranışı kontrol etmek için kullanıldığı "vakumronik" kavramını ortaya attı. Bu teorik çalışma, yeni deneylerde gözlemlenen süper iletkenlik artışını anlamak için bir çerçeve sağladı.

Prof. Zeng, "Serbest uzaydaki vakum dalgalanmaları genellikle makroskobik yoğun madde sistemlerinde gözlemlenebilir etkiler yaratamayacak kadar zayıftır" dedi. "Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için bir terahertz yarık halka rezonatörü kullandık. Böyle bir karanlık kavite, elektromanyetik ortamı yeniden şekillendirebilir ve vakum dalgalanmalarını önemli ölçüde güçlendirebilir."

Fikri deneysel olarak test etmek için araştırmacılar süper iletken NbSe2'yi bir terahertz karanlık kavitesinin içine yerleştirdi. Bu, süper iletken malzemenin kavite içindeki özel olarak tasarlanmış elektromanyetik ortamla etkileşime girdiği bir bağlı sistem oluşturdu. Ekip daha sonra malzemenin süper iletken davranışını kavite içinde ve dışında karşılaştırdı. Sonuçlar, NbSe2'nin kaviteye yerleştirilmesinin süper iletken kritik sıcaklığını, yani malzemenin süper iletken hale geçtiği sıcaklığı önemli ölçüde artırdığını gösterdi.

Prof. Cheng, "Altı katmanlı bir NbSe2 cihazında kritik sıcaklığın %5,4'e kadar artabileceğini, kritik akım ve kritik manyetik alanın süper iletken geçiş yakınında önemli ölçüde güçlendiğini gözlemledik" dedi. "Bu, vakum dalgalanmasıyla güçlendirilmiş süper iletkenliğin ilk deneysel gözlemidir." Aynen öyle: evrenin arka plan gürültüsünden gelen %5,4'lük bir artış.

Araştırmacılar, etkinin malzemedeki daha geleneksel değişikliklerle açıklanıp açıklanamayacağını belirlemek için bir dizi kontrol deneyi yaptı. Kurulumun kavite geometrisi, karakteristik frekans, malzeme kalınlıkları, dielektrik malzemeler ve metalik şeritler dahil olmak üzere çeşitli özelliklerini değiştirdiler. Sonuçlar