扫描隧道显微镜能量分辨率的提升：从动力学库仑阻塞到腔量子电动力学
超导电性
2026-03-04 v1 介观与纳米尺度物理
摘要
扫描隧道显微镜和光谱图谱已成为探索凝聚态原子尺度必不可少的工具，但实现最终能量分辨率仍是一个持久的挑战。在 mK 温度下，动力学库仑阻塞 (dynamical Coulomb blockade) regime 本质上通过隧道电子与电磁环境之间的能量交换限制了光谱精度。本文中，我们演示了结合局部电磁屏蔽与低通滤波直接置于低温扫描头附近，使能量分辨率提升了近一个数量级，达到 10mK 时的基准值为 3.7 eV。我们将这种增强归因于对高频辐射的有效抑制和隧道结的电容性短路。惊人的是，这种改进的灵敏度揭示了Josephson 电流与扫描头厘米尺度腔量子电动力学 (cavity quantum electrodynamics) 的电磁腔模相互作用，建立了原子尺度隧道过程与宏观腔量子电动力学之间的直接联系。这些进展为探索超低能量现象提供了前所未有的精度路径。
引用
@article{arxiv.2603.03166,
title = {Enhancing the Energy Resolution in Scanning Tunneling Microscopy: from dynamical Coulomb blockade to cavity quantum electrodynamics},
author = {Xianzhe Zeng and Janis Siebrecht and Haonan Huang and Sujoy Karan and Joachim Ankerhold and Klaus Kern and Christian R. Ast},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.03166},
year = {2026}
}
备注
11 pages, 5 figures, including supporting information