用于表面增强红外吸收光谱的大规模高性价比中红外共振硅微结构
介观与纳米尺度物理
2024-11-15 v1
摘要
中红外区域对于阐明微生物独特的生化特征至关重要。由于纳米级孔径中增强的电场限制，中红外共振结构展现出优异的性能。然而，由于细菌的微米级尺寸，该技术在细菌传感中的应用仍然受限。本文首次展示了一种用于全中红外波段细菌检测的中红外共振结构，即具有光捕获能力的金涂层硅微结构倒金字塔阵列。倒金字塔微米级腔内的电场局域化通过利用表面等离激元极化激元放大了光与物质的相互作用，从而提高了检测灵敏度。基于有限元方法的电场模拟进一步证实了电场的限制。特别地，我们观察到在极低浓度的细菌细胞下，大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的定量与定性检测均有显著增强，反映了我们检测方法的有效性。此外，这种高性价比的微结构硅采用无光刻的金属辅助化学刻蚀方法制备，并具备晶圆级制造能力。而且，我们的器件配置甚至展现出可重复使用和可复现的特性，相比传统检测方案具有显著优势。因此，这种与CMOS技术兼容的生物传感器为该技术与未来生物应用的集成指明了有前景的途径。
引用
@article{arxiv.2411.09330,
title = {Large-Scale Cost-Effective Mid-Infrared Resonant Silicon Microstructures for Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy},
author = {Pooja Sudha and Anil kumar and Kunal Dhankar and Khalid Ansari and Sugata Hazra and Arup Samanta},
journal= {arXiv preprint arXiv:2411.09330},
year = {2024}
}