动态库伦阻塞（Dynamical Coulomb blockade, DCB）是量子器件中的一种电子相互作用：当电子隧穿过一个势垒后进入一个耗散电阻中时，会激发电阻中的等离子体，并抑制电子穿过势垒的透射几率。该相互作用，也叫耗散隧穿，在输运上体现为低温下零能（零偏压）附近处微分电导的被抑制。DCB效应是介观物理中一个被充分研究过的量子输运现象。近些年，张浩课题组同刘东理论组等合作，首次将DCB引入到超导-半导体纳米线器件中，用于甄别马约拉纳零能模，见PRL 128, 076803 (2022), PRL 128, 076802 (2022), 和PRB 106, 205421 (2022)。刘东课题组理论预言DCB对零能电导的抑制会使得拓扑平庸的零偏压电导峰劈裂，而马约拉纳的零偏压电导峰得以“存活”，并在低温极限下达到量子化（PRL 111, 207003 (2013)）。该团队之前通过将纳米线同一个耗散电阻直接串联实现了DCB效应，但其强度不可调节。最近，他们改进了器件结构，用一种新的三端法设计取代了原来的两端法，可实现对DCB强度的原位调节。该技术可“追踪”同一个零能束缚态在DCB强度连续变化时从一个零偏压电导峰逐渐变化为劈裂的过程，为最终的马约拉纳零能模的探测提供了一个更强的实验手段。

a, 三端器件设计图。“开关”（SW）打开对应于弱DCB情况，零能ABS表现为零偏压电导峰；开关闭合时对应于强DCB情况，零偏压峰劈裂。b, 器件扫描电镜图。c，在超导被抑制时（1 T），弱DCB和强DCB对零偏压电导的抑制对比。d，在超导状态，一个ABS态在弱DCB时呈现零偏压电导峰，在强DCB时劈裂。

上图a为器件设计的示意图，右侧部分的纳米线引出第三个电极，并通过一个“开关”侧栅调节其电导的打开和闭合。在整个测量环节，第三个电极始终保持浮地状态。由于DCB的强度涉及到线路的高频（0-10 GHz）阻抗，开关打开时第三端虽然对直流浮地，但其大电容对高频短路，故可有效降低DCB强度，实现弱DCB的情况。开关闭合时恢复为强DCB。图b为相应的器件电镜图。为验证该设计的可行性，在图c中，先施加一个高磁场使器件失超，观察DCB效应对零偏压电导的抑制。在弱DCB情况（开关打开），零偏压电导的抑制确实比强DCB时（开关闭合）要弱。接下来在超导情况下（图d），通过侧栅调控找到一个零能安德列夫束缚态（ABS）。该ABS零能电导可以通过精细调节达到量子化的值，但由于其不是一个量子化平台，故为拓扑平庸的。闭合开关增加DCB强度时，该零偏压电导峰劈裂，同时电导值也被抑制至低于量子化的值，表明其拓扑平庸的起源。

该工作以 “In situ tuning of dynamical Coulomb blockade on Andreev bound states in hybrid nanowire devices”为题发表在 Physical Review B 上。第一作者为betway必威博士后张珊、物理所博士王志川，以及中科院半导体所研究员潘东。通讯作者为北京量子信息科学研究院副研究员尚汝南副研究员、半导体所研究员赵建华，以及betway必威副教授张浩。该工作得到了国家自然科学基金委、科技部、清华大学自主科研计划、清华大学低维量子物理国家重点实验室、量子信息前沿科学中心和北京市科委的资助。

文章链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.108.235416

供稿｜张浩课题组

编辑｜陈洁

审核｜宋灿立 骆洁