用于中红外光子学和生物传感的晶圆级功能超表面

Wafer‐Scale Functional Metasurfaces for Mid‐Infrared Photonics and Biosensing

https://doi.org/10.1002/adma.202102232

超表面已经成为在纳米尺度上操纵光的突破性平台，并为下一代生物传感、成像和发光光子器件提供所需的光学功能。然而，将这项技术转化为实际应用需要低成本和高通量的制造方法。由于具有合适光学特性的材料选择有限，因此为技术相关的中红外光谱范围生产超表面尤其具有挑战性。通过在几乎完全透明的独立金属氧化物膜上实现功能性超表面，克服了这些限制。一种通用的纳米制造工艺被开发和实现，用于高效率的电介质和等离激元中红外超表面，具有晶圆尺度和互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容制造技术。这种方法的优势在于展示了高度均匀和功能性的超表面，包括实现精细光谱选择性的高Q结构、具有衍射限制聚焦能力的大面积超透镜，以及以创纪录的高转换效率提供偏振控制的双折射超表面。进一步证明了铝等离激元器件及其与微流体的集成，用于蛋白质和脂质囊泡的实时和无标记中红外生物传感。这种方法的多功能性及其与大规模生产过程的兼容性使红外超表面更接近于商业应用，如热成像、光谱学和生物传感。

超精细等离激元光谱梳对内分泌干扰物的超灵敏检测

Ultrasensitive detection of endocrine disruptors via superfine plasmonic spectral combs

https://doi.org/10.1038/s41377-021-00618-2

激素诱发的癌症和生殖道疾病的明显增加，导致对能够检测内分泌干扰物的新技术的需求日益增长。然而，一个长期未解决的挑战是如何实现超高灵敏度、连续和现场测量，以及使用便携式设备进行现场和远程环境监测。作者展示了一个易于实现的等离激元光纤生物传感平台，以实现优化的光-物质相互作用和先进的表面化学，用于内分泌干扰物的超灵敏检测。这种平台基于镀金的高度倾斜光纤布拉格光栅，它激发高密度窄包层模式光谱梳，与表面等离激元的宽带吸收重叠，从而实现对光纤表面折射率变化的超灵敏监测。以雌激素受体为模型，在分子动力学的辅助下，设计了一种雌二醇-链霉亲和素结合物，将雌激素受体对环境雌激素的特异性识别转化为蛋白的表面亲和生物测定。该平台具有超灵敏的偶联诱导扩增生物传感技术，可检测到1.5×10^-3 ng mL^-1的雌二醇当量浓度水平，比日本政府规定的饮用水中E2的最高水平低一个数量级。到目前为止，检测雌激素受体的最低限度是检测每升纳米克的水平。其紧凑的尺寸、灵活的形状和远程操作能力，为在各种难以到达的空间中以超高灵敏度检测其他内分泌干扰物开辟了道路，从而具有彻底改变环境和健康监测的潜力。

高对比度，飞秒光偏振操纵的epsilon-近零材料耦合到等离激元纳米天线阵列

High Contrast, Femtosecond Light Polarization Manipulation in Epsilon-near-Zero Material Coupled to a Plasmonic Nanoantenna Array

https://doi.org/10.1021/acsphotonics.1c00971

在许多非线性光学和光电操作中，光偏振的超快操纵是至关重要的。然而，大多数配置都存在调制速度低(千兆赫)或对比度低的问题。利用氧化铟锡在其epsilon-近零区域的各向异性非线性响应和等离激元纳米天线在其偏振敏感共振处的优势，作者实现了一个大范围、超快的各向异性光调制。在1.23 μm波长处，偏振椭圆旋转为32.5°，π/7线偏振轴的振荡在600 fs响应时间内存在相位延迟。该演示为实现全光高速偏振调制器和延迟器提供了一种新颖、有效的方法。

银纳米粒子阵列上的杂化等离激元表面晶格共振钙钛矿激光器

Hybrid Plasmonic Surface Lattice Resonance Perovskite Lasers on Silver Nanoparticle Arrays

https://doi.org/10.1002/adom.202100299

利用MAPbBr₃钙钛矿薄膜在银纳米粒子阵列上构建的杂化等离激元表面晶格共振(SLR)激光器在此项研究中得到了明确的证明。钙钛矿薄膜相对较高的折射率在光子模式和SLR之间提供了极好的耦合，从而导致高自发发射耦合因子和低阈值激光。此外，用于生长MAPbBr₃钙钛矿薄膜的新型旋涂工艺可以在钙钛矿下方留下气隙，从而在周期性阵列中提供较大的折射率差异，使杂化等离激元SLR表现出高态密度，有利于激光操作。通过理论设计和实验验证，杂化等离激元SLR钙钛矿激光器在固定偏振条件下表现出优良的激光特性。该演示有助于提高激光性能，实现低成本、低能耗的激光应用。

本文转自：https://mp.weixin.qq.com/s/OwV3F-3tx7-olxV_osvLGQ

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