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隊在《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微球精確識別中的應(yīng)用”， 實現(xiàn)深亞波長微粒檢測精度躍升。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，實現(xiàn)了對深亞波長(~l/40)微球尺寸與數(shù)量的超高精度檢測。這一成果不僅破解了深亞波長尺度傳感的行業(yè)難題，還展示了其在生物檢測、化學(xué)傳感和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域的巨大潛力，為實時監(jiān)測和精密檢測提供了堅實的基礎(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共振峰特性的影響；(c) 仿真和 (d) 實驗測得不同數(shù)量微粒對共振光譜的影響。

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，單個微球的無標(biāo)記精準(zhǔn)檢測一直是一個巨大的挑戰(zhàn)。該項研究通過設(shè)計三聚體結(jié)構(gòu)，激發(fā)耦合磁偶極(MD)模式的法諾共振，將環(huán)境微小擾動轉(zhuǎn)化為顯著光譜偏移，表現(xiàn)出高度敏感性和特異性，實現(xiàn)“納米級指紋識別”。理論與實驗高度吻合，可檢測直徑低至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）。該方法還可以擴展到納米尺度，展示出廣泛的應(yīng)用前景:

生物醫(yī)學(xué)：單病毒、蛋白質(zhì)或DNA等生物分子檢測，助力早期疾病診斷。

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

環(huán)境監(jiān)測：實時追蹤監(jiān)測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)記識別。

總之，該項研究成果兼容微波至光頻段，未來可集成于便攜設(shè)備，實現(xiàn)“實驗室級精度”的現(xiàn)場快速檢測，為納米尺度精密檢測開辟了新范式，或?qū)⒊蔀橄乱淮悄軅鞲行酒暮诵牟考?。我們期待該研究成果能夠獲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。

摘要圖

論文標(biāo)題：《基于介質(zhì)三聚體磁偶極子耦合Fano共振的深亞波長微球精確檢測》

刊載于：《Optics Letters》2025年2月 | DOI:10.1364/OL.547319

引用信息：

Guoyan Dong, Yiran Wang, Xiang Zhao, Yutao Qin, Zheng Zhu, and Jiaxiang He, "Fano resonances of coupled magnetic-dipole modes in a dielectric triplet for precise discrimination of deep-subwavelength microspheres," Opt. Lett. 50, 1196-1199 (2025)