近日，中心用户陈宇航副教授课题组在基于超表面的环境折射率检测研究中取得新的进展，相关成果以“Dual-resonance sensing for environmental refractive index based on quasi-BIC states in all-dielectric metasurface”为题，在线发表在Nanophotonics杂志上。
折射率检测在工业生产、环境监测、疾病诊断、生化分析等领域都具有重大意义。超表面能够在纳米尺度下产生很大的近场增强，并且具有轻量化、易于集成的优点，已被广泛应用于表面增强拉曼光谱、纳米天线、生物探测与环境检测等科学研究。然而，环境折射率检测方法大多基于共振位置与环境折射率之间的关系，受环境和仪器波动的影响较大。除此之外，之前研究工作通常集中在对单个传感性能指标的改进上，如Q值大小、灵敏度、检测范围等。
在这项工作中，研究团队提出了一种基于准BIC的全介电超表面，实现了基于双共振峰的大量程、高灵敏、高稳定的环境折射率检测。当椭圆纳米柱的高度从100 nm逐渐增加至200 nm时，在650 nm~850 nm波段产生谐振峰劈裂，光谱上体现为两个共振峰。而随着环境折射率的增加，两共振峰间距线性减小。此外，研究团队进一步阐释了这一双级共振现象由准BIC模式所支持，并探索了纳米柱排布方式对检测灵敏度的影响。实验证明与传统的基于单级共振的检测方法相比，该超表面可以将环境和仪器波动引起的误差减小一倍以上，体现出更好的稳定性。同时相较现有检测方法，在灵敏度、Q值和检测范围上依然保持竞争力。该超表面在折射率传感、浓度检测、生物大分子鉴定和癌细胞筛选等应用中具有良好潜力。
中心用户精密机械与精密仪器系博士生陈文捷为该论文的第一作者，陈宇航副教授为通讯作者。上述研究得到了国家自然科学基金的支持。部分样品的制备和表征在中国科学技术大学微纳研究与制造中心进行，论文对中心的仪器支持与技术支撑进行了致谢。
论文链接：
https://doi.org/10.1515/nanoph-2022-0776