Ingénierie de biosenseurs térahertz basée sur des métasurfaces quasi-BIC avec détection ultrasonique

Les capteurs térahertz (THz) ont suscité un grand intérêt dans le domaine biologique en raison de leurs échantillons biochimiques non destructifs et sans contact. Récemment, le concept d'état quasi-liaison dans le continuum (QBIC) a gagné une attention significative dans la conception de biosenseurs avec une ultra haute sensibilité. Les métasurfaces (MS) basées sur QBIC atteignent d'excellentes performances dans diverses applications, y compris la détection, la commutation optique et le laser, offrant une plateforme fiable pour les capteurs biomatériaux avec rayonnement térahertz. Dans cette étude, une MS THz conçue structurellement, composée d'un réseau de « double C », a été élaborée, dans laquelle un paramètre d'asymétrie α est introduit dans la structure en modifiant la longueur d'une sous-unité ; le facteur Q du dispositif QBIC peut être optimisé en ingénierie le paramètre d'asymétrie α. Le calcul théorique avec des équations de couplage peut bien reproduire les spectres de transmission THz du QBIC MS conçu, obtenus à partir de la simulation numérique. Expérimentalement, nous adoptons une MS avec α = 0,44 pour tester des molécules d'arginine. Les résultats expérimentaux montrent que différentes concentrations de molécules d'arginine provoquent des changements significatifs de transmission près des fréquences résonnantes QBIC, et le changement d'amplitude est montré être 16 fois supérieur à celui de la résonance dipolaire classique. La limite directe de détection pour les molécules d'arginine sur la MS QBIC atteint 0,36 ng/mL. Ce travail fournit une nouvelle manière de réaliser une détection rapide, précise et non destructive des molécules traces et a une application potentielle dans la détection de biomatériaux.