先进的太赫兹折射率传感器在全介电元表面使用二次 toroidal 准-BIC 模式用于生物化学环境

科学领域:

• 地元表面光学学
• 纳米光子学 纳米光子学
• 生物感知技术的技术

背景情况:

• 折射率 (RI) 传感器对于检测生化分析物至关重要.
• 现有的超表面传感器往往面临着灵敏度和功率数字 (FOM) 的限制.
• 连续体中的准束状态 (q-BIC) 为提高传感器性能提供了一个有希望的途径.

研究的目的:

• 设计一种全新的全介电超表面,用于超敏感的折射率传感.
• 用对称破解机制探索高阶圆形模式 (电磁圆形四极) 的激发.
• 评估传感器在灵敏度,FOM和质量因子 (Qf) 方面的性能,用于各种环境传感,特别是生物化学.

主要方法:

• 基于q-BIC共振的全电介质元表面设计,结合了两个高阶状模式 (电状四极和磁状四极).
• 实施对称性破坏策略,包括结构设计修改,对称性破坏和入射波角变化,以激发 toroidal 模式.
• 分析传输光谱以识别诱导模式并评估它们适用于传感应用的适用性.
• 传感器性能指标的量化:灵敏度 (S),FOM和Qf.

主要成果:

• 通过对称性破坏,证明了切换电气和磁铁铁形四极形模式的可行性.
• 观察到显著提高灵敏度,从217GHz/RIU增加到512.3GHz/RIU,用于磁铁 toroidal 四极模式.
• 在FOM中取得了实质性的改进,电动轮状四极模式达到8538 RIU−1,磁性轮状四极模式达到152,395 RIU−1.
• 报告了Qf的大幅增加,从872增加到17,983和921,351对于各自的 toroidal 模式.

结论:

• 拟议的全介电超表面设计有效地利用高阶状模式和对称性破坏,用于超灵敏的RI传感.
• 该传感器在各种环境中具有广泛的适用性,特别适用于生物化学传感.
• 实现的高灵敏度,FOM和Qf凸显了这种基于q-BIC的超表面在先进传感应用中的潜力.