用于电子自旋共振的低温扫描隧道显微镜升级

结合扫描隧道显微镜的电子自旋共振（ESR-STM）将自旋共振谱学的高能量分辨率与 STM 的原子级控制和空间分辨率相结合。本文描述了将一台配备二维矢量场磁体（$B_z$ = 8.0 T，$B_x$ = 0.8 T）的氦-3 STM 升级为 ESR-STM。该系统能够在高达 30 GHz 的频率下向隧道结输送射频功率。我们以模型体系 TiH/MgO/Ag(100) 演示了磁场扫描 ESR，并测得磁矩为 $(1.004 \pm 0.001)$ $\mu_B$。我们的升级可在直流模式（STM 使用常规控制电子学运行）与超快脉冲模式（使用任意波形发生器进行泵浦-探测谱学或自旋态读取）之间切换。两种模式均允许同时射频激发，我们通过电阻性耦合三通将射频加入偏置电压路径。从室温到 350 mK 级的射频线缆在 5 至 25 GHz 间平均衰减为 18 dB。350 mK 级到 STM 针尖的线缆段目前在 10 至 26 GHz 额外衰减 $34_{-3}^{+5}$ dB，在 20 至 30 GHz 额外衰减 $38_{-2}^{+3}$ dB。我们讨论了传输损耗并指出降低该衰减的途径。最后我们演示了如何同步来自不同路径到达 STM 结的射频与直流脉冲的到达时间，这是未来脉冲 ESR 实验的先决条件。