近期，中國科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院的董國艷教授及其團(tuán)隊(duì)在《Optics Letters》發(fā)表最新研究成果，題為“耦合磁偶極模式的法諾共振在深亞波長(zhǎng)微球精確識(shí)別中的應(yīng)用”， 實(shí)現(xiàn)深亞波長(zhǎng)微粒檢測(cè)精度躍升。該研究提出利用鈣鈦礦陶瓷粒子三聚體中耦合磁偶極模式的法諾共振，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深亞波長(zhǎng)(~l/40)微球尺寸與數(shù)量的超高精度檢測(cè)。這一成果不僅破解了深亞波長(zhǎng)尺度傳感的行業(yè)難題，還展示了其在生物檢測(cè)、化學(xué)傳感和環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域的巨大潛力，為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和精密檢測(cè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
 

　　圖 1. (a) 鈣鈦礦陶瓷顆粒三聚體示意圖。(b) 通過單顆粒和三聚體模型的透射光譜。(c) 中心顆粒高度變化對(duì)耦合磁偶極共振光譜的影響過程。(d) 擬合共振光譜的Fano 輪廓。

 

　　圖 2. (a) 不同介質(zhì)中通過CaTiO3 陶瓷三聚體的透射光譜(b) 不同尺寸微粒附著對(duì)共振峰特性的影響；(c) 仿真和 (d) 實(shí)驗(yàn)測(cè)得不同數(shù)量微粒對(duì)共振光譜的影響。

 

　　介電微粒的Mie共振是光-物質(zhì)相互作用的重要表現(xiàn)形式，具有強(qiáng)烈的多極光學(xué)響應(yīng)和極低的耗散損失，近年來，由于其高靈敏度和廣泛的應(yīng)用前景，在傳感、超材料和光學(xué)器件等領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。然而，深亞波長(zhǎng)介電粒子由于尺寸過小、極化率有限，導(dǎo)致其與光的相互作用微弱，單個(gè)微球的無標(biāo)記精準(zhǔn)檢測(cè)一直是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。該項(xiàng)研究通過設(shè)計(jì)三聚體結(jié)構(gòu)，激發(fā)耦合磁偶極(MD)模式的法諾共振，將環(huán)境微小擾動(dòng)轉(zhuǎn)化為顯著光譜偏移，表現(xiàn)出高度敏感性和特異性，實(shí)現(xiàn)“納米級(jí)指紋識(shí)別”。理論與實(shí)驗(yàn)高度吻合，可檢測(cè)直徑低至l/40的微粒，并能精確區(qū)分附著的微粒數(shù)量(如1顆與2顆的差異)。該方法還可以擴(kuò)展到納米尺度，展示出廣泛的應(yīng)用前景:
 

　　生物醫(yī)學(xué)：?jiǎn)尾《尽⒌鞍踪|(zhì)或DNA等生物分子檢測(cè)，助力早期疾病診斷。
 

　　化學(xué)傳感：檢測(cè)環(huán)境中的微量化學(xué)物質(zhì)，如重金屬離子、有機(jī)污染物等。
 

　　環(huán)境監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)追蹤監(jiān)測(cè)空氣和水中納米污染物。
 

　　工業(yè)質(zhì)檢：微電子器件中納米缺陷的無標(biāo)記識(shí)別。
 

　　總之，該項(xiàng)研究成果兼容微波至光頻段，未來可集成于便攜設(shè)備，實(shí)現(xiàn)“實(shí)驗(yàn)室級(jí)精度”的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，為納米尺度精密檢測(cè)開辟了新范式，或?qū)⒊蔀橄乱淮悄軅鞲行酒暮诵牟考Ｎ覀兤诖撗芯砍晒軌颢@得更多科研人員的關(guān)注，并在未來的研究中得到廣泛應(yīng)用和引用。