重磅研究！通過振動，科學家改變了物體的超導性

在我們的常識里，真空就是空無一物的虛空，沒有物質，沒有能量，更不可能對現(xiàn)實世界產生實質性影響。

但量子力學告訴我們，真空從來都不是空無一物——即使在絕對零度、沒有任何光子的極低溫環(huán)境中，空間里依然充滿著電磁場的量子零點漲落，就像平靜湖面下永不停歇的微小漣漪。

幾十年來，物理學家一直有一個大膽的設想：能不能駕馭這些真空漲落，不用改變化學成分、不用施加極端外界條件，就能直接改寫材料的本征物理性質？

近日（2026年2月25日），發(fā)表在頂級期刊《自然》雜志上的一項重磅研究，終于把這個設想變成了可能。

來自哥倫比亞大學、馬克斯·普朗克物質結構與動力學研究所等17個機構的聯(lián)合團隊，首次在完全無外部光激發(fā)的“暗腔”環(huán)境中，利用二維材料的真空漲落，直接改變了分子超導體的超導基態(tài)。

僅通過一層納米級的六方氮化硼（hBN）薄片，就讓原本穩(wěn)定的超導態(tài)出現(xiàn)了超流密度的顯著抑制，為“真空量子材料工程”這一全新領域奠定了里程碑式的實驗基礎。

這項實驗的成功，核心在于精準匹配的“共振搭檔”。

實驗細節(jié)

團隊選用的兩種材料，看似普通實則暗藏玄機。

一方面是六方氮化硼（hBN），這種常被當作二維器件絕緣襯底的“配角”材料，其實是一種天然的雙曲范德華材料。

在紅外波段，六方氮化硼的雙曲聲子模式會帶來極高的光子態(tài)密度，能把原本微弱的真空漲落大幅增強，如同一個天然的納米級共振腔。

更關鍵的是，六方氮化硼雙曲模式的頻率范圍，剛好和分子超導體κ-(BEDT-TTF)?Cu[N(CN)?]Br（簡稱κ-ET）中，與超導配對直接相關的碳-碳（C=C）雙鍵伸縮振動模式（1470cm?1）完美重合。

κ-ET是一種研究成熟的有機分子超導體，在11.5K以下會進入超導態(tài)，其超導機制與分子內的C=C伸縮振動密切相關。

當兩種材料的特征振動頻率完全匹配時，就像兩個固有頻率相同的音叉，會發(fā)生高效的共振耦合——hBN腔內的真空漲落，會直接“牽動”κ-ET中與超導相關的分子振動，進而改寫其超導性質。

為了驗證這一效應的本質，團隊設計了極其嚴謹?shù)膶嶒炁c對照組，徹底排除了其他干擾因素。

首先，團隊用散射型掃描近場光學顯微鏡（s-SNOM），直接觀測到了hBN與κ-ET界面處的模式耦合：在C=C振動的特征頻率附近，hBN的聲子極化激元色散出現(xiàn)了明顯的“扭折”，這是兩種模式發(fā)生強耦合的直接指紋證據(jù)，證明真空漲落確實驅動了兩種模式的相互作用。

隨后，團隊用低溫磁力顯微鏡（MFM），對超導態(tài)的核心指標——超流密度進行了精準測量。

低溫磁力顯微鏡MFM可以通過探測超導體的邁斯納效應（超導體對磁場的排斥作用），直接映射出材料內部的超流密度分布。

實驗結果顯示，在2K的低溫環(huán)境下（遠低于κ-ET的超導轉變溫度），hBN/κ-ET界面處的κ-ET超流密度出現(xiàn)了至少50%的顯著抑制，且這種效應延伸到了κ-ET內部相當深的區(qū)域。

為了證明這一效應確實來自共振耦合，團隊設置了兩組關鍵對照：一是用三氯化釕（RuCl?）替代六方氮化硼，它的靜態(tài)介電常數(shù)與六方氮化硼接近，但聲子特征頻率遠低于κ-ET的C=C振動頻率，無法形成共振，結果界面處的超流密度變化不到7%，幾乎可以忽略。

二是用銅基超導體BSCCO替代κ-ET，它的特征聲子頻率遠低于hBN的雙曲模式，同樣無法形成共振，最終hBN/BSCCO異質結的超導信號與純BSCCO沒有任何區(qū)別。

兩組對照徹底排除了電荷轉移、界面應變等非共振因素的影響，坐實了真空漲落共振耦合對超導基態(tài)的直接調控。

顛覆

這項成果的顛覆性，在于它徹底改變了我們調控材料性質的方式。

過去，我們想要改變材料的超導、磁性等本征性質，要么需要改變化學配方，要么需要施加高壓、強場、超快激光等極端外界條件，這些方法要么會破壞材料本身，要么只能產生瞬態(tài)的、非平衡的效應。

而這項研究中的方法，是純粹的“環(huán)境工程”——只需要把目標材料和合適的二維腔體材料貼合在一起，無需任何外部驅動，就能在平衡態(tài)下直接改寫材料的基態(tài)性質，穩(wěn)定且可逆。

更重要的是，這項研究打破了“真空漲落太過微弱，無法影響宏觀量子態(tài)”的固有認知。

通過雙曲材料的增強，原本微不足道的真空零點漲落，居然可以直接調控宏觀的超導態(tài)，這為后續(xù)研究打開了無限的想象空間。

團隊在論文中也指出，既然可以通過耦合抑制超導，那么通過設計合適的腔體結構，完全有可能實現(xiàn)超導的增強，甚至有望提升超導轉變溫度。

除了超導，這一范式還可以推廣到磁性、鐵電、催化等更廣泛的材料體系中，只要存在與功能相關的特征振動模式，都可以通過匹配的雙曲腔體，實現(xiàn)對材料功能的無損傷調控。

那些彌漫在整個空間中、永不停歇的量子漲落，不再是只能在理論中觀測的微小效應，而是成為了我們設計、調控量子材料的“無形之手”。

一個以真空為畫布的全新材料工程時代，正在悄然拉開序幕。