Sensor reconfigurável pode detectar partículas 0,001 vezes o comprimento de onda da luz

Nos últimos anos, os avanços em fotônica e ciência de materiais levaram a desenvolvimentos notáveis ​​na tecnologia de sensores, expandindo os limites do que pode ser detectado e medido. Entre essas inovações, a física não-hermitiana surgiu como uma área crucial de pesquisa, oferecendo novas maneiras de manipular a luz e aumentar a sensibilidade do sensor.

Um estudo recente publicado em Nexus de fotônica avançada relata um avanço neste campo, apresentando um novo tipo de sensor que aproveita pontos excepcionais (EPs) para atingir níveis de sensibilidade sem precedentes.

Este estudo introduz um sensor altamente sensível e reconfigurável baseado em um único ressonador de plasmon de superfície localizada (LSP) de spoof. Pontos excepcionais são singularidades espectrais únicas onde autovalores e seus autovetores correspondentes convergem, aumentando significativamente a sensibilidade dos sensores ópticos.

Sensores tradicionais baseados em EP, como microtoroides de modo de galeria sussurrante (WGM), demonstraram sensibilidade aprimorada em comparação aos sensores convencionais. No entanto, esses sensores enfrentam limitações: seus EPs são fixados após a fabricação, o que torna os ajustes precisos desafiadores, e eles geralmente operam dentro de uma faixa de frequência estreita, lutando para detectar partículas muito pequenas devido a restrições na força de perturbação e eficiência de excitação.

O novo design do sensor aborda essas questões incorporando ressonadores LSP falsos, que simulam o comportamento de plasmons de superfície localizados e oferecem maior flexibilidade. Suspenso acima de uma linha de microfita e pareado com dois dispersores Rayleigh móveis, essa configuração permite a reconfiguração dinâmica de estados EP em uma ampla faixa de frequência. Essa adaptabilidade torna o sensor mais robusto a imperfeições de fabricação e aumenta sua capacidade de detectar partículas extremamente pequenas.

Os principais recursos do novo sensor incluem:

• Reconfigurabilidade: Os dispersores Rayleigh ajustáveis ​​permitem a formação e reconfiguração dinâmicas de EPs, melhorando a precisão e a flexibilidade do sensor.

• Maior intensidade de perturbação: confinar os campos eletromagnéticos à superfície do ressonador aumenta significativamente a sensibilidade às perturbações de partículas circundantes.

• Excitação de modo multipolar: O design suporta vários modos de ressonância plasmônica, expandindo a largura de banda operacional e o alcance de detecção do sensor.

Esse avanço representa um salto significativo na tecnologia de sensores, oferecendo sensibilidade excepcional para detectar partículas tão pequenas quanto 0,001 vezes o comprimento de onda da luz e abrindo novas possibilidades para aplicações em pesquisa científica e na indústria.