“极点光学立异研讨团队”在超高活络光学微腔
来源:山西证券网 发表于2019-07-08 18:28:24 编辑:高云翔
摘要: 超高活络传感检测技能在环境监控、严重疾病前期防备和生化安全等方面具有十分重要的含义。但是,当待测颗粒物浓度极低且标准进入纳米量级时,检测

  超高活络传感检测技能在环境监控、严重疾病前期防备和生化安全等方面具有十分重要的含义。但是,当待测颗粒物浓度极低且标准进入纳米量级时,检测变得极为困难。日前,北京大学物理学院“极点光学立异研讨团队”肖云峰研讨员和龚旗煌院士在使用超高质量因子光学微腔增强传感活络度的基础上,开发出了一种根据耗散型相互作用的无符号传感技能,并成功完成了纳米标准单颗粒的实时检测。这项最新研讨效果近来在线宣布在《物理谈论:使用》【Physical Review Applied 5, 02401(2019)】上,并被同期评述为“朝着实用化光学传感迈进了重要一步”(“This innovative approach presents a significant step towards practical optical sensors for use in physics, analytical chemistry, environmental science, and molecular biology”)。

  片上光学微腔传感示意图

  研讨小组人员选用的微腔为微芯圆环腔,如上图所示。光在旋转对称微腔的内外表发作接连全反射,干与叠加构成回音壁共振形式,其原理类似于声响在北京天坛回音壁的墙面传达,故而得名。超高质量因子回音壁形式极大地增强了光与待测物质之间的相互作用,因而传感活络度得到明显提高,招引了世界学术界越来越多的重视。北京大学“极点光学立异研讨团队”已在光学微腔传感方面取得了一系列高水平的原创效果。他们使用微腔增强的背向散射和微腔拉曼激光均完成了单个纳米颗粒的检测【PNAS 111(41),14657(2019);Advanced Materials 25(39),5616(2019)】,效果当选“2019年度中国高校十大科技发展”。

  传统的光学微腔传感机制首要根据色散型相互作用,依赖于待测颗粒在腔模电场下的极化率实部。因而,当待测物的极化率实部趋于零时,色散型传感机制失效。为了处理这个问题,立异团队成员立异地提出了根据耗散型相互作用的传感机制,其首要依赖于待测颗粒的极化率虚部,具体表现为微腔形式的线宽改变。试验上,他们以单个金纳米棒(40 nm × 16 nm)作为检测目标来评价传感器功能:当传感器作业在等离激元共振时,金棒极化率实部趋于零,导致色散型传感无法取得有用信号;而耗散型传感机制因为呼应其虚部,则以较高信噪比完成了单个纳米颗粒的检测,如下图。根据耗散型相互作用的微腔传感机制不光有利于检测具有吸收功能的纳米颗粒,并且能够进一步结合色散型传感,得到待测颗粒的更多信息,然后扩大了纳米标准单颗粒检测的维度。

  微腔传感的实时信号:形式线宽(a)与形式移动(b),分别为耗散型和色散型相互作用引起的形式改变。台阶信号表明单个纳米颗粒的吸附事情。耗散型相互作用引起的信号强度远大于色散型,且可辨认更多的单颗粒吸附事情。

  

  系列研讨作业得到了科技部973方案、国家自然科学基金委项目、人工微结构和介观物理国家重点试验室及2019协同立异中心的支撑。

  修改:安定

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