В исследовании рассматривается одна из основных проблем конструкции наносенсора: как повысить чувствительность при уменьшении размера.
Конструкция наносенсора, представленная в этом исследовании, сочетает в себе трехмерные плазмонные наночастицы с особенностями, называемыми исключительными точками, – комбинация, которая демонстрируется впервые. «Реализованная здесь новая физика потенциально может превзойти плазмонные технологии, используемые в настоящее время для зондирования», – сказал Бубакар Канте, профессор электротехники инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс и старший автор исследования. Канте и его команда опубликовали свой новый дизайн ноябрь. 8 онлайн в разделе быстрого общения журнала Physical Review B.
Канте объяснил, что сингулярности, такие как исключительные точки, являются фундаментальными в физике из-за их сверхъестественной способности вызывать большой отклик от небольшого возбуждения. Сингулярности возникают, когда величина не определена или бесконечна, например, плотность в центре черной дыры. Исключительные моменты возникают, когда две волны становятся вырожденными, что означает, что их резонансные частоты и пространственная структура сливаются как одна.
«Исключительные точки очень востребованы для сенсоров и улучшенного взаимодействия света с веществом», – сказал Ашок Кодигала, аспирант в лаборатории Канте и первый автор исследования. "Возможность продемонстрировать исключительные точки в системах, которые одновременно являются субволновыми и совместимыми с небольшими биологическими молекулами для восприятия, оставалась неуловимой – до сих пор."
Наносенсоры работают на основе явления, называемого расщеплением частот, что означает, что присутствие вещества нарушает вырождение между двумя резонансными частотами и вызывает обнаруживаемое расщепление. В исключительно точечном наносенсоре резонансные частоты будут расщепляться намного быстрее, чем в традиционных наносенсорах, что приведет к расширенным возможностям обнаружения.
Объединив исключительные точки и плазмонику, исследователи сформулировали дизайн наносенсора, который одновременно является компактным и сверхчувствительным.
«Мы считали, что создание такого наносенсора требует не только постепенного улучшения существующих устройств, но и концептуального прорыва.
Вот почему мы решили сосредоточиться на точечных наносенсорах исключительного качества », – сказал Кодигала.
В этом исследовании исследователи предложили то, что Кодигала называет «общим рецептом для получения исключительных баллов по запросу.«Метод включает управление взаимодействием между симметрично-совместимыми модами плазмонной системы.
Конструкция наносенсора пока продемонстрирована только с помощью вычислений. Команда работает над интеграцией наносенсоров с исключительной точкой на кристалле.
«После того, как мы оптимизируем некоторые из основных параметров этой системы, чтобы минимизировать омические и радиационные потери, мы сможем начать перевод этого исследования с теоретической стадии на коммерчески значимый продукт», – сказал Канте. Команда оформила патент на технологию.