La plasmonica e la fotonica hanno attirato l'attenzione sia nel mondo accademico che nell'industria grazie al loro uso in una vasta gamma di applicazioni, uno dei quali include il rilevamento ottico. Lo sviluppo della tecnologia di rilevamento ottico non solo contribuisce alla comunità della ricerca scientifica come strumento versatile, ma offre anche un notevole valore commerciale per le applicazioni smart city e Internet of Things (IOT) grazie alla sua efficienza energetica, leggero, dimensioni ridotte e idoneità al telerilevamento. Rafforzandone il significato, Scientifico americano ha identificato il rilevamento plasmonico come una delle prime 10 tecnologie emergenti del 2018.

Negli ultimi decenni sono stati proposti e dimostrati vari meccanismi di rilevamento ottico e strutture di sensori. Quasi ogni nuovo meccanismo di rilevamento o configurazione del sensore verrebbe esplorato regolarmente per testare la sua capacità di rilevamento. Però, informazioni sul divario tra la realizzazione sperimentale e i limiti teorici, differenza tra sensori plasmonici a base di metallo e sensori fotonici a base dielettrica, e la discriminazione tra autoonda propagante e strutture automodali localizzate non era prontamente disponibile.

Ricercatori della Singapore University of Technology and Design (SUTD), Singapore, Agenzia per la Scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR), Singapore, e Istituto austriaco di tecnologia, Austria, condotto un'ampia ricerca bibliografica, hanno sistematicamente riassunto e confrontato le capacità di rilevamento di questi sensori ottici dell'indice di rifrazione in base alla loro sensibilità e alla loro figura di merito. È stata quindi stabilita una mappa della tecnologia 3D (vedere la figura 1) per definire lo standard e la tendenza di sviluppo per i sensori ottici dell'indice di rifrazione che utilizzano strutture plasmoniche e fotoniche.

In particolare, sono stati esaminati i seguenti quattro tipi comuni di sensori di indice di rifrazione ottico senza etichetta che utilizzano strutture plasmoniche e fotoniche:

1. Sensori a onde plasmoniche propaganti a base di metallo, come sensore di polaritone plasmonico di superficie accoppiato a prisma;
2. Sensore automodale plasmonico localizzato a base di metallo, come sensori di risonanza plasmonica di superficie localizzata basati su nanoparticelle metalliche;
3. Sensori fotonici a onde autodielettriche a propagazione dielettrica, come interferometri a fibra;
4. Sensori automodali fotonici localizzati a base dielettrica, come cavità di cristalli fotonici.

Inoltre, nella revisione sono stati inclusi sensori ibridi di indice di rifrazione più avanzati come sensori di risonanza Fano e sensori plasmonici e fotonici integrati con materiali 2-D.

"Questa mappa tecnologica, proprio come un riflettore, indica chiaramente la capacità di rilevamento, pregi e difetti delle diverse categorie di sensori ottici dell'indice di rifrazione per i ricercatori del settore, " disse il primo autore Yi Xu, dottorato di ricerca studente di SUTD e Institute of High Performance Computing (IHPC), UNA STELLA.

Qualsiasi nuovo sensore ottico di indice di rifrazione sviluppato può essere aggiunto a questa mappa tecnologica per confrontare le loro capacità di rilevamento con i lavori precedenti. La continua aggiunta di nuovi sensori di indice di rifrazione plasmonici e fotonici arricchirà la mappa tecnologica, fornendo così un punto di riferimento per questo rapido sviluppo dei sensori ottici dell'indice di rifrazione.

"Tenendo a mente questa mappa tecnologica e comprendendone a fondo i meriti, limitazioni, meccanismi e trend di sviluppo delle diverse categorie di sensori RI, insieme, possiamo far avanzare il campo in modo più efficace, " ha detto l'autore co-corrispondente e il co-relatore del dottorato di ricerca, Dott. Lin Wu, IHPC, UNA STELLA.

Con la mappa tecnologica, vari sensori ottici dell'indice di rifrazione potrebbero essere selezionati meglio in base alle diverse applicazioni. "Riteniamo che una revisione così completa sui sensori ottici dell'indice di rifrazione con strutture plasmoniche e fotoniche attirerà molta attenzione nelle comunità di ricerca, che aiuterà gli ingegneri a utilizzare i sensori giusti per la progettazione di sottosistemi in smart city e IOT, ", ha affermato il professor Ricky Ang della SUTD, autore co-corrispondente e dottorato di ricerca. consulente.