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“极端光学研究创新团队”在AdvancedMaterials发表纳米尺度单颗粒光学检测研究综述

发布日期:2021-10-23 16:46浏览次数:
本文摘要:近日,北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室肖云峰研究员和龚旗煌院士等受邀在国际知名期刊AdvancedMaterials杂志公开发表为题“SingleNanoparticleDetectionUsingOpticalMicrocavities”的综述论文(DOI:10.1002/adma.201604920)。光学微腔传感是将近十几年发展出来的一种超高灵敏检测技术,检测无限大可超过单分子水平。

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近日,北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室肖云峰研究员和龚旗煌院士等受邀在国际知名期刊AdvancedMaterials杂志公开发表为题“SingleNanoparticleDetectionUsingOpticalMicrocavities”的综述论文(DOI:10.1002/adma.201604920)。光学微腔传感是将近十几年发展出来的一种超高灵敏检测技术,检测无限大可超过单分子水平。微腔传感早已在生化研究、环境检测和国家安全性等领域展现极大潜力,涉及研究在国际学术界竞争十分白热化。

超高灵敏传感检测技术,特别是在是检测无限大超过纳米尺度单颗粒的传感技术对基础研究和实际应用于都具备十分最重要的意义。例如,在生物化学领域,相对于一家人物展现出出来的性质,人们迫切需要理解单个分子的不道德;而单个病毒或者分子的较慢检测技术对制订合理的化疗方案起着至关重要的起到;超高灵敏传感技术也在环境监测以及国家安全性等方面充分发挥着不可或缺的起到。其中,基于光学方法的传感技术具备非物理认识、非毁坏、外用电磁干扰和更容易操作者等优势,沦为高灵敏传感研究的热门方向之一。光学传感的核心物理机制是观测光与待检测物之间的相互作用;尤其地,相互作用就越强劲,检测灵敏度越高。

最近几年,由于高品质因子光学微腔可以明显强化光与物质的相互作用,被指出是纳米尺度单颗粒检测的最有潜力的体系之一。这篇综述首先总结了光学微腔传感的发展,主要环绕回音壁模式微腔和光子晶体微腔,总结了光学微腔传感的两种传感机制:色散性和力学系统型传感,并较为了通过入射序和光线序两种测量方法所带给的噪声影响;接着讲解了在国际学术界微腔传感的最新进展中,如何通过压制实验噪声,制作增益腔,提升光谱分辨率,从而检测到更加小的纳米尺度颗粒;以及如何通过微腔锁模和振铃现象提升测量的时间分辨率。在对光学微腔传感的原理以及其在单个纳米尺度颗粒检测中的进展作出系统总结后,文章对微腔传感实用化过程中不存在的挑战,比如传感的稳定性和特异性,明确提出了有可能的解决方案,并对微腔传感未来的发展方向展开了未来发展。

基于光学微腔的单分子检测(图源自AdvancedMaterials)“极端光学创意研究团队”已在光学微腔传感方面获得了一系列高水平的原创成果。例如,他们利用微腔强化的背向衍射和微腔拉曼激光皆构建了单个纳米颗粒的检测【PNAS111(41),14657(2014);AdvancedMaterials25(39),5616(2013)】,成果选入“2014年度中国高校十大科技进展”;在利用超高品质因子光学微腔强化传感灵敏度的基础上,更进一步研发出有了一种基于力学系统型相互作用的无标记传感技术,并顺利构建了纳米尺度单颗粒的动态检测【PhysicalReviewApplied5,02401(2016)】上,并同期体育节目为“朝着实用化光学传感迈向了最重要一步”。研究成果5次选入期刊封面,20余次被Phys.org,Nanowerk和MaterialsViews等知名国际新闻网站亮点报导。最近,团队成员肖云峰研究员受邀在国际激光与光电子大会(CLEO)上的组织微腔传感的专题(Specialsymposium:OpticalMicrocavitiesforUltrasensitiveDetection)。

CLEO大会是全球激光与光电子领域最顶级的大会之一,由美国光学学会(OSA)、国际电子电气工程学会(IEEE)和美国物理学不会(APS)牵头举行,每年一次。除了长时间的会议日程,每次仅有的组织5-6个尤其专题。

研究工作获得了国家自然科学基金委、科技部、中国博士后科学基金、人工微结构和介观物理国家重点实验室、量子物质科学协同创意中心和极端光学协同创意中心等的反对。


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