블로그

May 03, 2023

새로운 비선형 델타 기반 바이오센서

과학 보고서 12권,

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17674(2022) 이 기사 인용

924 액세스

2 인용

측정항목 세부정보

본 연구에서는 다양한 농도의 요오드화나트륨(NaI) 용액을 검출하기 위한 새로운 비선형 델타 함수 광결정을 제안합니다. 제안된 구조는 NaI 수용액에 GaP의 50 델타 스택으로 구성됩니다. 이러한 스택은 10−6(V/m)−2 정도의 약한 디포커싱 비선형성을 갖는 것으로 간주됩니다. 설계의 비선형성으로 인해 광자 밴드 갭 내에 결함과 같은 공명이 형성됩니다. 따라서, 광결정 구조를 통해 결함을 포함하지 않고 다양한 농도의 NaI 검출을 쉽게 조사할 수 있습니다. GaP 층 굴절률의 선형 부분과 비선형 계수가 투과율 값에 미치는 영향이 철저하게 논의됩니다. 수치적 발견은 공진 피크가 일부 중요한 비선형성에서 분할되기 시작한다는 것을 조사합니다. 제안된 구조에서 분할은 약 -12 × 10-6(V/m)-2에서 발생합니다. 이러한 점에서 제안된 센서는 409.7 nm/RIU의 높은 감도와 0.0008의 놀라운 검출 한계를 제공합니다.

최근에는 주기적인 구조, 특히 1차원(1D) 설계를 통한 파동 전파 연구에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 이러한 구조 중에서 가장 중요한 것은 Yablonovitch와 John1,2에 의해 처음 소개된 광결정(PC) 또는 광자 밴드 갭(PBG) 물질입니다. 그 후, PC는 다양한 애플리케이션3,4,5,6을 위해 1D, 2D 및 3D 구조로 제작되었습니다. 이러한 결정은 주기적으로 변조된 나노 구조 재료로, 이러한 재료의 각 인터페이스에서 입사파의 다중 간섭을 수행합니다5,6. 물리적으로 전자 밴드갭과 반도체 물질의 페르미 준위 차이와 유사하게 각 물질의 유전율 차이로 인해 계면이 형성됩니다1,7,8. PC 구성 요소 간의 광학적 불일치를 기반으로 PBG가 도입될 수 있습니다. 이 PBG는 기존 재료를 사용하여 조사할 수 없는 몇 가지 새로운 물리적 특성과 수많은 잠재적 응용 분야로 이어집니다9,10.

이 연구의 목적은 인화갈륨(GaP)의 델타 스택(비선형(NL) 재료)으로 구성되고 감지 목적으로 수용액에 위치한 델타 함수 1D PC를 통해 전자기파 전파를 연구하는 것입니다. PC의 이종구조는 1D 주기 전위 장벽에서 전자 운동을 설명하는 Kronig-Penney 모델과 관련이 있습니다. 선형 재료의 무질서한 구조는 전파된 파동에 대한 국지화 효과를 유도하는 반면, 비선형 상호작용은 주기적인 시스템을 통해 입사파에 대한 일종의 비편재화 효과를 도입한다는 것이 잘 알려져 있습니다. 무질서한 1차원 격자에서 앤더슨의 이론은 구조 길이에 따라 투과율이 기하급수적으로 감소할 것으로 예측합니다. 그러나 전송 계수는 비선형 구조에서 천천히 감소하는 것으로 입증되었습니다. 반면, 비선형 상호 작용은 주기 구조에 일부 장애를 유발하여 입사파의 위치 파악 효과를 향상시킨다는 점을 언급할 가치가 있습니다. 일부 연구에서는 큰 비선형성의 경우 전파파의 비편재화 효과가 뚜렷하게 사라진다는 것을 확인했습니다. 앞서 언급한 연구에 동기를 부여하여 우리는 수용액에 디자인을 삽입하여 비선형 델타 함수 PC를 통해 가시 영역에서 입사 전자기파의 위치 파악 효과를 향상시키려고 합니다(액체는 파동 위치 파악 및 공명 효과에 고유합니다18,19 및 뿐만 아니라 PC 설계의 비선형성을 증가시킵니다. 따라서 여기서 연구의 두 번째 목적은 PC의 전송 스펙트럼에 대한 비선형성의 영향을 연구하고 제안된 비선형의 비선형성을 디포커싱하여 전송 계수가 어떻게 감소하는지 보여주는 것입니다. 재료.