研究目的
利用二维材料(二硫化钼和石墨烯)与贵金属(金)及磁性材料(镍)相结合,在Kretschmann构型中提升表面等离子体共振传感器的灵敏度。
研究成果
所提出的表面等离子体共振(SPR)传感器结构——将二硫化钼(MoS2)夹在金(Au)和镍(Ni)层之间,并在顶部覆盖石墨烯——实现了229°/RIU的高灵敏度,优于传统及其他已报道的传感器。这种性能提升归功于二硫化钼和石墨烯优异的吸收特性。优化后的结构(30纳米金、2层二硫化钼、10纳米镍、1层石墨烯)在化学、医疗和生物传感领域展现出应用前景。
研究不足
该研究为理论性研究,基于数值模拟,未提供实验验证。优化仅针对特定层厚度和材料,且未解决实际制造挑战(如层沉积的精确控制)。传感器性能可能受到噪声和环境条件等现实因素的影响。
1:实验设计与方法选择:
本研究基于Kretschmann构型进行表面等离子体共振(SPR)传感的理论分析,采用传输矩阵法和菲涅尔方程对多层结构进行建模,并计算反射率和灵敏度。
2:样品选择与数据来源:
传感器结构包含以下层:BK7棱镜、金膜(30纳米)、二硫化钼层(厚度取决于层数,在633纳米波长下复折射率为5.0805+1.1723i)、镍膜(10纳米)、石墨烯层(厚度取决于层数,复折射率按公式计算),以及折射率从1.330开始的传感介质。金和镍的光学参数源自德鲁德模型公式。
3:0805+1723i)、镍膜(10纳米)、石墨烯层(厚度取决于层数,复折射率按公式计算),以及折射率从330开始的传感介质。金和镍的光学参数源自德鲁德模型公式。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:假设使用633纳米波长的激光源进行激发。材料包括BK7棱镜、金、镍、二硫化钼、石墨烯和待测物。
4:实验步骤与操作流程:
通过传输矩阵法进行数值模拟,计算不同层配置下的反射曲线、共振角和灵敏度。改变二硫化钼和石墨烯的层数以优化灵敏度。
5:数据分析方法:
灵敏度计算为传感介质折射率每单位变化对应的共振角变化量(δθres/δnc)。反射率由p偏振光的反射系数得出。
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获取完整内容-
Laser Source
633 nm wavelength
Used for exciting surface plasmons in the SPR sensor configuration.
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BK7 Prism
Used as the base component in the Kretschmann configuration for SPR sensing.
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Gold Film
Used as a metal layer in the SPR sensor to support surface plasmon resonance.
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Nickel Film
Used as a magnetic material layer in the SPR sensor to enhance sensitivity.
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MoS2 Layer
2D material used to improve light absorption and sensitivity in the SPR sensor.
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Graphene Layer
2D material used to enhance sensitivity and absorption properties in the SPR sensor.
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