近日，上海理工大學太赫茲技術創(chuàng)新研究院在莊松林院士的指導下，首次提出了一種頻率選擇指紋傳感陣列平臺。該平臺針對寬帶手型對映體指紋譜和窄帶分析物指紋譜，采用不同的指紋譜放大機理(復用增強和AIT增強)，實現了統(tǒng)一平臺的太赫茲指紋譜放大功能。研究成果以“頻率選擇性指紋傳感器：用于寬帶手性對映體復用信號和窄帶分子AIT增強的太赫茲統(tǒng)一平臺”（ Frequency selective fngerprint sensor: the Terahertz unity platform for broadband chiral enantiomers multiplexed signals and narrowband molecular AIT enhancement）為題發(fā)表在《PhotoniX》期刊上（IF=16.5，中國科學院一區(qū)），呂嘉明博士為第一作者。
手性對映體（Chiral Enantiomer）是一種互為鏡像關系的立體異構體，其右旋體（Dextroisomer，即D-型）和左旋體（Levoisomer，即L-型）的化學性質在藥理活性和毒性上有顯著差異。對手性對映體的誤判將會導致對人體健康的損傷。太赫茲波介于微波和紅外波之間，利用手型分子在太赫茲頻段所具有的體現分子特性的指紋譜，太赫茲光譜技術對探測手型物質結構中存在的微小差異和變化非常靈敏。
研究人員提出了6 x 6的頻率選擇性指紋傳感器陣列，該陣列結構單元基于十字形等離子超表面，滿足C4對稱性，具有偏振無關特性。通過改變單一結構參數（十字形長度）在0.95-2 THz范圍內實現類似太赫茲頻率梳功能。利用此平臺實驗測試了D-肉堿和L-肉堿的吸收增強現象。當肉堿厚度為10 μm時，在太赫茲譜線上它們的指紋譜線型并不明顯。由于在1.39 THz和1.72 THz附近，平臺中單元共振線寬比D-肉堿和L-肉堿指紋譜線寬窄，覆蓋陣列的10 μm肉堿層由于分子振動與十字形諧振器周圍的增強電場之間的耦合導致單個陣列單元透射光譜峰值強度的明顯調制，調制后的頻率梳包絡線放大了D-肉堿和L-肉堿的本征指紋譜特征，在0.95 THz - 2.0 THz波段，D-肉堿和L-肉堿的平均增強因子為6.8倍-7.3倍。雖然太赫茲全介質超表面可以在較窄的光譜范圍內獲得更高的增強因子，但我們提出的等離子陣列超表面平臺解決了全介質超表面存在的介質表面不平，頻率梳范圍窄，以及超窄的共振線寬很難被商用THz-TDS觀測和捕捉等難題。
此外，還利用此平臺測試了1 μm的窄帶α-乳糖指紋傳感特性。結果顯示在多個陣列結構上均有吸收誘導透明增強效應，并具有較好的魯棒性，解決了由于超表面制造誤差導致的共振不匹配的難題。因此，所設計的等離子體超表面具有合適的共振線寬，對不同線寬的物質指紋譜，該陣列可提供不同的解決方案，實現寬帶手性對映體指紋譜線的復用增強或窄帶分析物指紋譜線的吸收誘導透明增強，有利于在實際場景中的應用，例如生物醫(yī)學、食品安全、環(huán)境監(jiān)控及公共安全等。
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https://doi.org/10.1186/s43074-023-00108-1?
