叉指太赫兹超材料传感器：基于介电微扰理论的设计
光学
2024-05-28 v1 仪器与探测器
摘要
设计具有高灵敏度以检测纳米级薄膜和单生物分子的太赫兹传感器是一项重大挑战，克服这些障碍对于释放其在科学研究和先进应用中的全部潜力至关重要。本工作提出了一种用于检测少量介电材料的超材料传感器设计优化策略。传感器通常利用谐振频率的偏移作为分析物存在的指示。偏移量取决于裸腔的固有属性（电场分布、品质因数和模体积），以及其高电场区与分析物的重叠体积。在简化介电微扰理论指导下，设计了叉指电场分裂环谐振器（ID-eSRR），与在 SRR 间隙区域无叉指指状的 eSRR 相比，显著增强了针对薄膜分析物的检测灵敏度。ID-eSRR 超材料传感器的指状结构重新分布电场，产生强局域场增强，大幅提升了与分析物的相互作用。此外，叉指结构中固有反相电场的周期性取向变化降低了辐射损耗，导致更高的 Q 因子。使用电子束光刻制造的 ID-eSRR 传感器在约 300 GHz 工作的实验表明，沉积厚度为 150 nm 的 SiO2 层作为分析物模拟物时产生了 33.5 GHz 的显著频率偏移。其品质因数（FOM）相比无叉指指状的结构提高了 50 倍以上。这一理性设计选项为薄膜与痕量生物分子的高灵敏度检测开辟了有前景的途径。
引用
@article{arxiv.2311.14493,
title = {Interdigitated Terahertz Metamaterial Sensors: Design with the Dielectric Perturbation Theory},
author = {Lei Cao and Fanqi Meng and Esra Özdemir and Yannik Loth and Merle Richter and Anna Katharina Wigger and Maira Pérez Sosa and Alaa Jabbar Jumaah and Shihab Al-Daffaie and Peter Haring Bolívar and Hartmut G. Roskos},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.14493},
year = {2024}
}
备注
16pages, 6 figures