研究目的
研究一种基于纳米光子学的新方法，利用像素化介电超表面检测中红外光谱范围内的分子指纹。
研究成果
像素化超表面方法为检测分子指纹提供了一种新途径，无需笨重的光谱设备，且与CMOS技术兼容，可实现低成本晶圆级制造。该方法为进一步利用机器学习图像识别方法进行分析提供了独特可能，为开发多功能、高灵敏度的芯片集成中红外光谱设备铺平了道路。
研究不足
该研究目前正在探讨将角度作为额外参数纳入，并采用其他多种低损耗电介质材料以扩展工作光谱范围。
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 用于红外吸收光谱应用的全介质高Q值超表面
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[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 用于红外吸收光谱应用的全介质高Q值超表面
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8873139
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
中红外（mid-IR）光谱范围对生物体系的谱学研究至关重要，因其包含化学和生物分析物的特征吸收谱（即分子"指纹"），这些特征由化学键的振动模式及相应吸收带唯一决定。我们提出一种基于纳米光子学检测分子指纹的新方法，该方法采用成像技术实现无光谱仪操作，适用于分析复杂生物体系的微型化传感器设备。该技术的核心构建单元是像素化介电超表面，其中每个超像素单元被设计为在特定共振频率产生尖锐共振峰。每个超像素由特殊设计的锯齿形谐振器阵列构成，通过利用连续体束缚态原理实现高Q值共振。实验实现的超表面传感器通过检测重组蛋白A/G分子单层膜验证了其检测性能，该单层膜显示出特征性的酰胺I和酰胺II吸收带——表现为共振峰反射率衰减的特定区域。通过对比材料吸附前后所有超像素的总反射信号，可获得可用于化学特异性分子检测的独特条形码图案。重要的是，这种分子条形码方法在宽带照明和检测条件下运行，意味着无需光谱仪即可获取化学特异性信号。
作者：
Aleksandrs Leitis，Andreas Tittl，Mingkai Liu，Filiz Yesilkoy，Duk-Yong Choi，Dragomir N. Neshev，Yuri S. Kivshar，Hatice Altug
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