Une cavité quantique augmente de 5,4 % la température critique de NbSe₂

À l’intérieur d’une petite cavité électromagnétique, une feuille de diséléniure de niobium à six couches s’est comportée différemment du même matériau placé à l’extérieur. L’équipe a constaté que sa température de transition supraconductrice — le point à partir duquel elle transporte le courant sans résistance — augmentait de jusqu’à 5,4 % lorsque la cavité était réglée sur le système.

Le dispositif a été conçu par une équipe de recherche internationale comprenant Guanghui Cheng, de l’Académie chinoise des sciences, et le physicien théoricien Frank Wilczek, du MIT. Leur résonateur térahertz à anneau fendu, connu sous le nom de cavité noire, confine et remodèle les champs électromagnétiques autour du matériau. Même le vide conserve des fluctuations quantiques, et les chercheurs ont conçu la cavité pour que ces fluctuations interagissent avec le supraconducteur.

Le signal ne se répartissait pas uniformément sur les fréquences. Il formait un pic de résonance lié à la fréquence caractéristique de la cavité, tandis que le courant critique et le champ magnétique critique du matériau étaient eux aussi nettement renforcés près de la transition supraconductrice. Des tests faisant varier la géométrie de la cavité, sa fréquence, l’épaisseur du matériau et les composants environnants ont aidé l’équipe à écarter des explications telles que la contrainte mécanique, la dégradation de l’échantillon et l’écrantage électromagnétique.

Le mécanisme proposé est subtil : les champs électromagnétiques fluctuants interagissent avec l’état supraconducteur par l’intermédiaire de photons virtuels. Lorsque l’énergie caractéristique de la cavité correspond aux fluctuations supraconductrices de basse énergie, l’interaction peut abaisser l’énergie de l’état supraconducteur et le rendre plus favorable. L’expérience est présentée dans Nature comme la première observation d’une supraconductivité renforcée par les fluctuations du vide.

La conséquence pratique est une nouvelle méthode de contrôle sans contact des matériaux quantiques : la cavité agit sur le supraconducteur sans le stimuler directement avec un champ électrique ou magnétique. Cela pourrait à terme avoir une importance pour les technologies quantiques supraconductrices, mais le résultat immédiat est plus limité. L’augmentation est modeste, l’expérience a utilisé du NbSe₂ dans des conditions soigneusement conçues, et il reste à démontrer que des effets plus importants ou une compatibilité avec un éventail plus large de matériaux sont possibles.