近期，我院刘蕾蕾教授团队在人工表面等离激元传感领域取得突破，相关成果以“Microwave Plasmonic Exceptional Points for Enhanced Sensing”为题发表在国际学术期刊《Laser & Photonics Reviews》（激光与光子学评论）。我院为论文的第一通讯单位，刘蕾蕾教授、杭州电子科技大学的罗国清教授和美国东北大学的刘咏民教授为共同通讯作者，廖臻副教授是论文的第一作者（DOI：10.1002/lpor.202300276）。
金属纳米颗粒的局域表面等离激元共振效应能够在颗粒周围产生强烈的电磁场增强，为传感领域带来广泛应用前景。然而，目前的表面等离激元共振传感应用在灵敏度和检测限制等方面仍有待提高。特别是对于微小物体，传感器往往难以捕捉其带来的微弱变化。为了解决这一挑战，该研究工作提出了将奇异点与表面等离激元共振相结合的方案，利用非厄米系统奇异点的独特能谱，以提升表面等离激元传感器对微小物体的探测能力。
刘蕾蕾教授的研究团队创新性地提出，在亚波长人工局域表面等离激元共振结构上引入了两个凸起作为扰动，并调节这些凸起之间表面等离激元涡旋的耦合，从而将系统导向奇异点，形成简并的涡旋态。与传统的表面等离激元传感器相比，这种表面等离激元奇异点传感器展现出了独特的性能。其频率响应与被测物扰动的平方根成正比，使其在微小颗粒探测方面具备更强大的能力，最小颗粒尺寸甚至仅为波长的百分之一。此外，该传感器在液体探测方面也表现出显著优势。通过与微流体通道的结合，奇异点传感器能够对仅有0.72微升的液体进行识别和探测，从而极大地增强了其在液体探测领域的应用能力。这项提出的方案不仅为实现亚波长尺寸内奇异点的构建提供了新的思路，同时也为紧凑型超高灵敏度传感技术带来了崭新的希望。
图1. (a) 表面等离激元谐振结构；（b）等效介质模型；（c）涡旋干涉示意图；
（d）简并涡旋相位；(e) 液体探测实验装置；(f) 传统和奇异点传感器性能对比。
（撰稿：廖臻 编辑：徐伟 审核：刘蕾蕾）
