Biocapteurs basés sur un nouveau delta non linéaire

Nouvelles

MaisonMaison / Nouvelles / Biocapteurs basés sur un nouveau delta non linéaire

Oct 26, 2023

Biocapteurs basés sur un nouveau delta non linéaire

Rapports scientifiques volume 12,

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 17674 (2022) Citer cet article

926 accès

2 Citations

Détails des métriques

Dans cette recherche, nous proposons un nouveau cristal photonique à fonction delta non linéaire pour détecter une solution d'iodure de sodium (NaI) de différentes concentrations. La structure suggérée comprend 50 empilements delta de GaP dans une solution aqueuse de NaI. Ces empilements sont considérés comme ayant une faible non-linéarité de défocalisation de l'ordre de 10−6 (V/m)−2. En raison de la non-linéarité de la conception, une résonance semblable à un défaut se forme dans la bande interdite photonique. Ainsi, la détection de NaI avec différentes concentrations peut être facilement étudiée sans l'inclusion d'un défaut à travers la structure cristalline photonique. Les effets de la partie linéaire de l'indice de réfraction des couches de GaP et du coefficient non linéaire sur la valeur de transmission sont discutés en détail. Les résultats numériques étudient le fait que le pic de résonance commence à se diviser à une certaine non-linéarité critique. Dans notre structure proposée, la séparation se produit à environ − 12 × 10−6 (V/m)−2. À cet égard, le capteur suggéré offre une sensibilité élevée de 409,7 nm/RIU et une merveilleuse limite de détection de 0,0008.

Ces dernières années, un intérêt croissant pour l'étude de la propagation des ondes à travers des structures périodiques, en particulier des conceptions unidimensionnelles (1D), a été démontré. Parmi ces structures, la plus importante est le cristal photonique (PC) ou matériau à bande interdite photonique (PBG), introduit pour la première fois par Yablonovitch et John1,2. Par la suite, des PC ont été fabriqués dans des structures 1D, 2D et 3D pour diverses applications3,4,5,6. Ces cristaux sont des matériaux nanostructurés modulés périodiquement réalisant de multiples interférences des ondes incidentes à chaque interface de ces matériaux5,6. Physiquement, l'interface se forme en raison de la différence de constante diélectrique de chaque matériau, similaire à la différence de niveau de Fermi entre la bande interdite électronique et les matériaux semi-conducteurs1,7,8. Sur la base de la non-concordance optique entre les constituants des PC, des PBG peuvent être introduits. Ce PBG conduit à de nouvelles propriétés physiques et à de nombreuses applications potentielles qui ne peuvent pas être étudiées avec les matériaux conventionnels9,10.

L'objectif de cette recherche est d'étudier la propagation des ondes électromagnétiques à travers un PC 1D à fonction delta composé d'empilements delta (matériau non linéaire (NL)) de phosphure de gallium (GaP) et situé dans une solution aqueuse à des fins de détection. L'hétérostructure du PC est pertinente pour le modèle de Kronig-Penney qui décrit le mouvement des électrons dans une barrière de potentiel périodique 1D11,12. Il est bien connu que les structures désordonnées dans les matériaux linéaires induisent un effet de localisation pour l'onde propagée tandis que l'interaction non linéaire introduit un type d'effet de délocalisation pour l'onde incidente à travers des systèmes périodiques13. Dans les réseaux unidimensionnels désordonnés, la théorie d'Anderson prédit une transmission décroissante de façon exponentielle avec la longueur de la structure14. Cependant, il a été prouvé que le coefficient de transmission diminue lentement dans les structures non linéaires15,16. D'autre part, il convient de mentionner que les interactions non linéaires introduisent un certain désordre dans la structure périodique et renforcent donc l'effet de localisation de l'onde incidente12,13. Certaines études confirment que pour de grandes non-linéarités, l'effet de délocalisation de l'onde propagée disparaît nettement17. Motivés par les travaux susmentionnés, nous avons l'intention ici d'améliorer l'effet de localisation des ondes électromagnétiques incidentes dans la région visible à travers un PC à fonction delta non linéaire en insérant la conception dans une solution aqueuse (les liquides sont uniques pour la localisation des ondes et les effets de résonance18,19 et ainsi qu'en augmentant la non-linéarité dans la conception du PC.Par conséquent, le deuxième objectif de la recherche ici est d'étudier les effets de la non-linéarité sur les spectres de transmission du PC et de montrer comment le coefficient de transmission se dégrade en défocalisant la non-linéarité du non-linéaire proposé. matériaux.

Il convient de mentionner que la propagation des ondes dans les systèmes non linéaires a fait l'objet de nombreuses recherches dans le but de comprendre les phénomènes optiques et les propriétés de transport électronique de nombreux systèmes tels que les super-réseaux20 et les nano-dispositifs21. L'équation de Schrödinger non linéaire est considérée comme le prototype de différents phénomènes physiques non linéaires22. Dans un superfluide, par exemple, il est lié à l'équation de Gross-Pitaevsky alors que dans un système électronique, il est lié aux interactions coulombiennes entre électrons confinés20,22. Pour les raisons évoquées ci-dessus, il est clair que la transmission des ondes incidentes n'est pas uniquement déterminée pour les systèmes linéaires et non linéaires.

La méthode de la matrice de transfert (TMM) est considérée comme une méthode précise pour manipuler la propagation des ondes à travers des supports en couches3,6,9. En outre, il est intensivement utilisé pour décrire la propagation des ondes à travers les PC 1D3,6,9, les lasers à rétroaction distribuée23 et les réseaux uniformes et non uniformes24. De plus, certaines études ont discuté de l'utilisation possible de cet outil dans des systèmes optiques non linéaires24. Depuis, le TMM a été utilisé pour analyser l'équation de Schrodinger 1D dans une conception de puits quantique arbitraire15 et la résolution de l'effet tunnel dans les super-réseaux24. Bien qu'un peu modifiée, la méthode développée ici est basée sur le TTM ordinaire, couramment utilisé pour calculer différentes structures de bandes photoniques.

Pour les raisons mentionnées ci-dessus, les capteurs PC ont été largement utilisés dans de nombreuses applications académiques et industrielles car ils fournissent de nouveaux résultats et des performances élevées3,9,19. Parmi eux figurent également les microcavités PC25, les guides d'ondes PC à fente26,27,28,29,30,31, les guides d'ondes en plaque32, les guides d'ondes PC à fente en forme d'anneau33 et les nanocavités34,35,36,37,38,39. Motivé par les travaux précités, ce travail porte sur l'étude d'un nouveau type de capteurs PC basés sur un PC à fonction delta de Kronig–Penney (matériaux non linéaires). Bien que la plupart des conceptions PC précédentes aient fourni un facteur Q élevé et aient été utilisées pour diverses applications de liquides et de gaz, le capteur présenté présente une différence évidente par rapport aux capteurs PC conventionnels car il ne dépend pas des modes de défaut ou des guides d'ondes qui souffrent de certains des inconvénients tels qu'une dissipation élevée pour l'onde propagée et le signal d'onde peuvent diminuer au cours du processus de détection40. De plus, un autre avantage principal de l'utilisation d'une structure non linéaire est que sa réponse non linéaire est une réponse ultra-rapide. De plus, la faible non linéarité du matériau utilisé ici a considéré une autre solution au problème de l'effet de délocalisation qui se produit dans les grandes structures non linéaires. Par conséquent, nous étudierons également les effets de la non-linéarité défocalisante du matériau utilisé sur l'intensité du coefficient de transmission. De plus, la conception proposée peut fournir certaines facilités dans la diffusion de l'analyse par rapport aux conceptions susmentionnées. De plus, la conception suggérée pourrait être simplement fabriquée sur la base de l'approche de gravure humide chimique qui a été largement considérée dans la fabrication des PC41. Ainsi, nous pensons que de tels avantages pourraient être précieux par rapport à l'environnement réel.

D'autre part, le liquide d'intérêt ici est l'iodure de sodium (NaI) qui est utilisé dans le traitement de certains troubles physiologiques tels que les troubles thyroïdiens en plus des diverses applications médicales et industrielles42. Par exemple, les mélanges d'eau NaI sont utilisés pour traiter la carence en iode causée par une mauvaise alimentation42. Sur la base des points prometteurs énoncés ci-dessus, nous avons l'intention ici dans cette recherche d'exploiter les mérites des structures non linéaires dans l'introduction d'un biocapteur très sensible en utilisant un PC à fonction Delta non linéaire 1D. La recherche est classée dans les sections suivantes. L'analyse théorique de la fonction delta PC de Kronig – Penny NL et les équations mathématiques des spectres de transmission de l'onde électromagnétique incidente sont présentées dans la section "Description du modèle et analyse mathématique". Dans la section "Démonstrations numériques et discussion", les résultats numériques et les discussions sur les effets de la non-linéarité, l'indice de réfraction du matériau non linéaire, l'angle d'incidence, les concentrations de NaI et d'autres paramètres sur le coefficient de transmission sont présentés. Enfin, des remarques de conclusion sont faites dans la section "Conclusion".

Comme on le voit sur la figure 1, nous étudions d'abord une seule couche très mince de fonction NL delta (\(\delta\)) de permittivité : \(\varepsilon_{NL} \left( x \right) = U\left( {1 + {\Lambda }\left| E \right|^{2} } \right)\), où E est le champ électrique le long de l'axe des x, \(U = \varepsilon_{L} \delta x\), \(\varepsilon_{L}\) est la permittivité électrique et la quantité \(\alpha = \varepsilon_{L} {\Lambda }\) représente le coefficient de Kerr non linéaire. Les supports NL de focalisation et de défocalisation sont décrits par \(\alpha\) étant respectivement positif ou négatif.

Une seule couche de fonction delta non linéaire.

Supposons qu'une onde plane est incidente sur la frontière NL de sorte qu'une partie de l'onde incidente est réfléchie et l'autre est transmise. Dans le milieu NL, les équations de Maxwell sont données comme12,43 :

où \(k_{0}\) est le vecteur d'onde des ondes se propageant dans l'espace libre. Intégrer l'éq. (1) par rapport à x donnerait l'équation suivante :

En utilisant la relation :\(\mathop \int \limits_{ - a}^{ + a} \delta xf\left( x \right)dx = f\left( 0 \right) \) pour tout f(x ) continue en x = 0 alors :

À x = 0, \(E_{0}^{ + } = E_{0}^{ - } = E_{i} + E_{r} = E_{t}\) de sorte que Eq. (3) peut s'écrire :

Collectant les termes et rangeant alors on écrit :

Hors de cette relation, la transmission est calculée comme suit :

Dans les médias linéaires, cependant, \({\Lambda } = 0\) et la transmission devient :

Comme le montre la figure 2, nous supposons une multicouche PC de fonction δ de Kronig Penny priodic 1D (la conception multicouche de la couche de fonction δ non linéaire mentionnée ci-dessus) située à x = na, n = 0,1,2… N − 1, et a est la constante de réseau. Les couches non linéaires sont immergées dans un milieu diélectrique semi-infini agissant comme un défaut ou une impureté dans le milieu.

Immersion d'un PC priodique 1D Kronig – Penny non linéaire à fonction δ dans une solution aqueuse.

La structure de PC considérée est constituée de couches de fonction δ non linéaires immergées dans une solution aqueuse en tant que milieu d'impureté. La non-linéarité \({\Lambda }\) < 0 (non-linéarité de défocalisation) est adoptée ici.

Une onde plane \(E_{i} e^{ - ikx}\) est incidente (à travers l'air) depuis la droite sur la première couche NL. Les champs incident, réfléchi et transmis au niveau des couches de gaine du PC (à l'extérieur du cristal) sont donnés par43,44 :

À l'intérieur des encarts NL, le mode TE du champ électrique satisfait l'équation d'onde indépendante du temps suivante :

ici \(U = n^{2} \delta a\), n étant l'indice de réfraction du milieu.

L'équation ci-dessus est analogue au modèle de Kronig Penny d'électrons dans des réseaux périodiques 1D11,12. Cette équation peut être réécrite sous une forme discrète appelée la carte de Poincaré généralisée comme12,44,45 :

où \(E_{n}\) est l'amplitude du champ électrique dans la polarisation TE au nième site. L'équation (15) concerne les amplitudes du champ électrique à trois emplacements consécutifs le long de l'axe x. Dans la procédure itérative numérique, nous posons les conditions initiales \(E_{0} = 1\) et \(E_{ - 1}\) = \(E_{0}\) eika = eika et procédons aux calculs. Ainsi nous commençons par :

Cela nous donne \(E_{1}\). En continuant, on obtient :

Cela nous donne \(E_{2}\) et ainsi de suite jusqu'au champ électrique aux sites terminaux \(E_{n - 1}\) et \(E_{n}\). Après les avoir évalués, on utilise l'équation du coefficient de transmission comme suit :

Il convient de mentionner que la transmission (T) dépend de l'amplitude du champ électrique aux sites d'extrémité, \(E_{n - 1}\) et \(E_{n}\).

Dans cette partie de notre étude de recherche, nous démontrons l'investigation numérique de notre structure proposée en présence d'effets de non-linéarité de type Kerr sous la forme d'une non-linéarité de défocalisation. La structure se compose de 50 couches également espacées de GaP avec une épaisseur de 3 nm, et la conception est immergée dans une solution aqueuse de différentes concentrations de NaI. Ces empilements équidistants sont distants de 1000 nm les uns des autres. Les empilements delta sont considérés comme ayant une faible non-linéarité de défocalisation (constante de non-linéarité négative de l'ordre de 10−6 (V/m)−2). L'indice de réfraction du GaP varie d'environ 3,8 à 450 nm à environ 3,3 à 650 nm et maintient un coefficient d'extinction presque nul aux fréquences optiques46. De plus, l'indice de réfraction de la solution de NaI s'avère fortement dépendant de la longueur d'onde du rayonnement incident, de la température et de sa concentration47. À environ température ambiante, l'indice de réfraction de la solution de NaI est décrit (sur la base de l'ajustement quadratique des données expérimentales dans la référence 47) comme :

La figure 3 montre les propriétés de transmission de notre structure. En l'absence de non-linéarité de Kerr, le spectre de transmission de la figure 3a montre l'apparition d'un PBG qui s'étend entre 559 et 578 nm avec une bande passante de 19 nm. Ce PBG est formé à la suite du contraste relativement élevé de l'indice de réfraction entre la solution GaP et NaI. Comme la non-linéarité de défocalisation est considérée à travers les couches de GaP, le spectre de transmission commence à prendre une réponse différente en raison de l'effet de l'intensité du champ électromagnétique sur l'indice de réfraction des couches de GaP13. Il est très intéressant de noter que même si la structure n'est pas défectueuse, le spectre s'est avéré avoir un pic de résonance au centre du PBG à 570 nm, comme le montre la figure 3b. Ce pic de résonance peut également être appelé résonance de type défaut induite par la non-linéarité. La présence de ce pic pourrait présenter un intérêt potentiel grâce à la détection et au suivi de nombreux liquides par rapport à ses homologues dans les PC et PC défectueux. En particulier, le besoin d'une couche de défauts avec une épaisseur spécifiée et relativement faible n'est pas obligatoire.

La transmissivité des PC 1D conçus dans lesquels des empilements non linéaires de GaP sont intégrés dans une solution de NaI avec une concentration de 0,35 pour : (a) l'absence de non-linéarité de Kerr et (b) la présence de non-linéarité de défocalisation.

Maintenant, nous allons montrer l'effet du coefficient non linéaire sur l'apparition du défaut comme le pic de résonance comme indiqué sur la figure 4. La figure précise qu'il existe un coefficient de non linéarité seuil après lequel la structure agit comme si elle était défectueuse. Dans notre structure, une non-linéarité de l'ordre de 10−6 est requise comme le montre la Fig. 4a. Une fois évoluée, l'intensité du pic de résonance de type défaut augmente avec la non-linéarité jusqu'à une valeur critique au-dessus de laquelle deux pics apparaissent, comme le montre la figure 4b. En d'autres termes, un pic de résonance dans le PBG évolue. L'intensité diminue maintenant avec l'augmentation du coefficient de non-linéarité jusqu'à ce qu'un écart de sous-bande étroit soit établi. Ceci est illustré sur la figure 4b ci-dessous. On peut voir sur cette figure qu'après 12 × 10−6 pour le coefficient de non-linéarité, le pic se divise en deux pics et la transmission résonnante s'inverse. Au fur et à mesure que la non-linéarité augmente, les deux pics divergent l'un de l'autre jusqu'à ce que deux pics distincts (bien résolus) sans presque aucun chevauchement se forment. Pendant ce temps, les intensités des deux pics dans ce cas sont presque équivalentes à l'unité avec la variation du coefficient de non-linéarité, comme indiqué sur la figure 4b. Par conséquent, dans une valeur spécifiée du coefficient de non-linéarité, la surveillance de NaI avec différentes concentrations pourrait être étudiée en utilisant un ou deux modes de défaut comme la résonance.

L'effet du coefficient de non-linéarité sur le spectre de transmission de la structure conçue pour : (a) un mode de défaut comme la résonance et (b) deux modes de défaut comme la résonance.

Dans les Fig. 5 et 6, la dépendance de la non-linéarité critique et du mode de défaut comme la résonance sur la partie linéaire de l'indice de réfraction des piles delta sont toutes deux étudiées. En particulier, cette visualisation pourrait faire l'objet d'une attention particulière à travers la conception et la fabrication de dispositifs optiques et de capteurs en raison du rôle de la partie linéaire de l'indice de réfraction dans la réponse de la transmission de la structure13. La figure 5 décrit la variation de la valeur critique du coefficient de non linéarité avec la partie linéaire des couches de GaP. La figure précise que la valeur critique de Λ à laquelle le mode de défaut comme la résonance commence à diminuer de façon exponentielle avec l'augmentation de la partie linéaire de l'indice de réfraction GaP. Cette réponse est extrêmement importante tout au long de la procédure de détection. En particulier, l'apparition du pic de résonance utilisable pour la détection de NaI est fortement dépendante de la valeur du coefficient de non linéarité. Dans ce contexte, la formule empirique suivante étudie la valeur critique du coefficient de non-linéarité en fonction de la partie linéaire de l'indice de réfraction conformément aux résultats numériques obtenus : -

Coefficient de non-linéarité critique en fonction de la partie linéaire de l'indice de réfraction delta stack.

Spectre de transmittance en fonction des incréments de l'indice de réfraction des empilements delta à valeur constante du coefficient de non-linéarité = − 2 × 10−7(V/m)−2.

Sur la figure 6 ci-dessous, l'indice de réfraction du GaP est supposé augmenter de 3,3 à 3,5 par pas de 0,025 et la transmittance correspondante est calculée. Pour un coefficient de non-linéarité de − 20 × 10−6 (V/m)−2, un seul défaut comme la résonance est étudié car la valeur des empilements delta est équivalente à 3,3 à 570 nm. Pour d'autres augmentations de l'indice de réfraction à 3,325, 3,35 et 3,375, le pic de résonance est toujours situé à la même longueur d'onde. Cependant, sa valeur de transmission augmente de manière significative jusqu'à ce qu'elle atteigne l'unité à un indice de réfraction = 3,375. La valeur critique après laquelle la séparation des pics apparaît est de 3,375 (courbe pleine noire sur la figure 6). Lorsque l'indice de réfraction dépasse cette valeur, les deux pics de résonance deviennent plus visibles et la divergence entre eux augmente de manière significative, comme le montre la figure 6.

Les caractéristiques de transmission de notre conception à différentes concentrations de NaI sont illustrées à la Fig. 7. Ici, la valeur du coefficient de non-linéarité est maintenue constante et fixée à −10 × 10−6 (V/m)−2. Cette valeur conduit à l'apparition d'un seul défaut comme un pic de résonance comme indiqué sur la figure 7a. Ici, la longueur d'onde de résonance est obtenue à 544 nm. Une telle valeur est obtenue à une concentration nulle de NaI à travers l'analyte. À cet égard, la position du pic de résonance est décalée vers les longueurs d'onde plus longues avec une concentration croissante de NaI, comme indiqué sur la figure 7a. Changer la concentration de 0 (aucun NaI n'existe dans la solution) à 0,6 entraîne le déplacement du pic de 544 à 603 nm. En conséquence, l'indice de réfraction de la solution de NaI passe de 1,335 à 1,479 par rapport à l'Eq. (14). Un tel changement dans la concentration de la solution de NaI se traduit par une valeur de sensibilité d'environ 409,7 nm RIU-1. Ceci est considéré comme une sensibilité relativement élevée et a été observé dans la région visible. De plus, cela pourrait être amélioré si cette conception est optimisée pour fonctionner dans les fréquences IR ou micro-ondes. Pour résumer la réponse du pic de résonance par rapport à la concentration de NaI, nous traçons sur la figure 7b, la longueur d'onde de résonance par rapport à l'indice de réfraction de la solution de NaI. Il est (complètement) linéaire avec une pente de 409,15 en excellent accord avec nos prédictions précédentes. En particulier, la pente de cette relation est équivalente à la sensibilité moyenne de notre structure conçue.

( a ) Transmittance à la résonance par rapport à la longueur d'onde pour plusieurs concentrations de NaI. ( b ) Position spectrale de résonance par rapport à la concentration (ou indice de réfraction de NaI).

Pour mieux comprendre le comportement, nous calculons ici quelques paramètres de performance du capteur suggéré. Pendant ce temps, la pleine largeur à mi-hauteur \(\Delta \lambda_{1/2}\) de cette structure a été calculée à \(7.39\,\,{\text{ nm}}\). En conséquence, d'autres paramètres de performance peuvent être trouvés comme suit48,49,50,51 :

Symbole de mérite:

Rapport signal sur bruit:

Limite de détection:

C'est-à-dire; ce capteur peut détecter un changement minimum de 0,007 dans une unité d'indice de réfraction.

Une autre approche d'utilisation de cette structure comme capteur est de profiter des deux pics séparés après une valeur non linéaire critique. Ici, nous choisissons un coefficient de non-linéarité de − 20 × 10−6 (V/m)−2 et un nombre de périodes delta comme N = 70 afin d'avoir une sortie appropriée. Comme dans le cas d'un pic, le pic droit décale un déplacement spectral de 59 nm sous réserve d'un changement de 0,144 de l'indice de réfraction, comme indiqué sur la figure 8, un cas qui donne une sensibilité de 409,7 nm RIU-1. Cette valeur de sensibilité est la même que la sensibilité de la structure fonctionnant dans la région du cas à un pic mais ici le pic est beaucoup plus net, de sorte que les performances devraient être meilleures. Lors des calculs, les paramètres liés aux performances du capteur conçu ont été reçus ; \(FOM = 317 \,\,{\text{RIU}}^{ - 1}\), \( SNR = 45,669\) et \(\delta n = 0,0008.\) Ces valeurs montrent des incréments significatifs à travers le performances du capteur par rapport au cas d'un seul pic de résonance. L'augmentation significative de ce paramètre est due à la diminution de la valeur de FWHM. Enfin, nous avons considéré dans le tableau 1 une brève comparaison entre la sensibilité de notre capteur proposé et certains autres apparentés aux niveaux théorique et expérimental.

spectre de transmission de la structure proposée fonctionnant dans la région à deux pics divisés. N = 70, \(\wedge\) = − 20 × 10−6 par rapport aux différentes concentrations de NaI.

En résumé, nous avons conçu une structure de fonction delta non linéaire 1D en tant que nouvelle conception de capteur PC pour détecter la concentration de solution NaI basée sur la non-linéarité de type Kerr. À cet égard, la structure suggérée est composée de 50 empilements delta de GaP séparés par une solution aqueuse de NaI. Les résultats numériques sont démontrés sur la base du formulisme mathématique du modèle de Kronig Penny. Les investigations numériques ont montré l'apparition d'un défaut comme un pic de résonance au sein du PBG dû à la variation de l'indice de réfraction des empilements de GaP avec l'intensité du champ électromagnétique. Ce pic de résonance pourrait efficacement se diviser en plusieurs pics en augmentant le coefficient de non-linéarité ou la partie linéaire de l'indice de réfraction des couches de GaP. Par conséquent, la conception proposée pourrait être une préoccupation potentielle dans la détection et la surveillance de la concentration de NaI et d'autres solutions chimiques. Dans ce contexte, le capteur proposé offre une sensibilité relativement élevée de 409,7 nm RIU-1 et une limite de détection de 0,0008.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

Yablonovitch, E. Émission spontanée inhibée en physique du solide et en électronique. Phys. Rév. Lett. 58(20), 2059-2062 (1987).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

John, S. Forte localisation des photons dans certains super-réseaux diélectriques désordonnés. Phys. Rév. Lett. 58(23), 2486–2489 (1987).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Mehaney, A., Abadla, M. & Elsayed, H. Cristaux photoniques de silicium poreux 1D comprenant une résonance tamm/fano en tant que capteurs optiques hautes performances. J. Mol. Liquides 332, 114978 (2021).

Article Google Scholar

Akahane, Y. et al. Nanocavité photonique à Q élevé dans un cristal photonique bidimensionnel. Nature 425, 944–947 (2003).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Edagawa, K., Kanoko, S. & Notomi, M. Structure de diamant amorphe photonique avec une bande interdite photonique 3D. Phys. Rév. Lett. 100(1), 013901 (2008).

Article ADS PubMed Google Scholar

Abadla, MM, Elsayed, HA & Mehaney, A. Propriétés thermo-optiques d'un cristal photonique annulaire unidimensionnel binaire comprenant des constituants dépendant de la température. Phys. E Syst. Nanostructure. 119, 114020 (2020).

Article CAS Google Scholar

Yablonovitch, E. Structures à bande interdite photonique. J. Opt. Soc. Suis. B 10, 283–295 (1993).

Article ADS CAS Google Scholar

Li, S. et al. Conception à la demande de bandes interdites photoniques complètes accordables basées sur l'analyse en mode bloch. Sci. Rep. 8, 14283 (2018).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Abadla, MM, Elsayed, HA & Mehaney, A. Amélioration de la sensibilité des capteurs de température à cristaux photoniques unidimensionnels annulaires avec des cristaux liquides nématiques. Phys. Scr. 95, 085508 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Cersonsky, RK et al. La diversité des cristaux photoniques tridimensionnels. Nat. Commun. 12, 2543 (2021).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Luna-Acosta, GA, Izrailev, FM, Makarov, NM, Kuhl, U. & Stöckmann, H.-J. Modèle unidimensionnel de Kronig-Penney avec trouble positionnel : théorie versus expérience. Phys. Rév. B 80(11), 115112 (2009).

Annonces d'article Google Scholar

Mishra, S. & Satpathy, S. Cristal photonique unidimensionnel : Le modèle de Kronig-Penney. Phys. Rév. B 68(4), 045121 (2003).

Annonces d'article Google Scholar

Senouci, K., Zekri, N., Bahlouli, H. & Sen, A. L'effet de la non-linéarité sur les réseaux unidimensionnels périodiques et désordonnés. J.Phys. Condens. Matière 11(7), 1823–1832 (1999).

Article ADS CAS Google Scholar

Anderson, P. Absence de diffusion dans certains réseaux aléatoires. Phys. Rév. 109, 1492 (1958).

Article ADS CAS Google Scholar

Devillard, P. & Souillard, B. Transmission à décroissance polynomiale pour l'équation de Schrödinger non linéaire dans un milieu aléatoire. J. Stat. Phys. 43, 423 (1986).

Article ANNONCES MATH Google Scholar

Abdullaev, F., Bishop, A. & Pnevmatikos, S. Trouble avec non-linéarité (Springer, 1992).

Réserver Google Scholar

Molina, MI & Tsironis, GP Absence de localisation dans un alliage binaire aléatoire non linéaire. Phys. Rév. Lett. 73, 464 (1994).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Yoo, Y. et al. Métamatériau absorbant les ondes électromagnétiques dans les gouttelettes d'eau périodiques. Sci. Rep. 5, 14018 (2015).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Elsayed, HA & Mehaney, A. Surveillance du biodiesel de soja basé sur les cristaux photoniques unidimensionnels comprenant du silicium poreux. Appl. Nanosci. 11, 149-157 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Zhang, Y., Kastrup, J., Klann, R., Ploog, K. & Grahn, H. Synchronisation et chaos induits par l'effet tunnel résonnant dans les super-réseaux GaAs/AlAs. Phys. Rév. Lett. 77, 3001 (1996).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Frohlich, J., Spencer, T. & Wayne, CE Localisation dans des systèmes dynamiques non linéaires désordonnés. J. Stat. Phys. 42, 247 (1986).

Article ADS MathSciNet MATH Google Scholar

Tsironis, GP, Economou, EN, Proc. Conf. (Héraklion, Crète, 1996); Physica D 113, 115–412 (1998).

Wan, Y. & Soukoulis, CM Réponse électronique dans un réseau non linéaire unidimensionnel. Phys. Rev. B 40, 12264 (1989).

Article ADS CAS Google Scholar

Wan, Y. & Soukoulis, CM Équation de Schrödinger non linéaire unidimensionnelle : une approche dynamique non linéaire. Phys. Rev. A 41, 800 (1990).

Article ADS MathSciNet CAS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. Capteur de gaz spectroscopique à haute sensibilité utilisant des microcavités à cristal photonique H1 optimisées. J. Opt. Soc. Suis. B 37, A277–A284 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Serna, S. et al. Ingénierie GVD expérimentale dans les guides d'ondes à cristal photonique à fente à lumière lente. Sci. Rep. 6, 26956 (2016).

Article ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. & Cassan, E. Détection d'indice de réfraction dans l'infrarouge moyen à l'aide de guides d'ondes à cristaux photoniques à fentes optimisés. Photonique Nanostruct. Fondam. Appl. 28, 32–36 (2018).

Annonces d'article Google Scholar

Menacer, O., Messai, A. & Kassa-Baghdouche, L. Conception et analyse d'un contrôleur proportionnel-intégral basé sur un prédicteur de Smith pour les systèmes de réseau TCP/AQM. Devant. Informer. Technol. Électron. Ing. 23, 291-303 (2022).

Article Google Scholar

Datta, T. & Sen, M. Caractérisation du guide d'onde à cristal photonique à fentes et son application en optique non linéaire. Super-réseaux Microstruct. 109, 107-116 (2017).

Article ADS CAS Google Scholar

Caer, C., Le Roux, X. & Cassan, E. Localisation améliorée de la lumière dans les guides d'ondes à cristal photonique à fente à ondes lentes. Opter. Lett. 37, 3660–3662 (2012).

Article ADS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. & Cassan, E. Guides d'ondes à cristaux photoniques à fentes à haut rendement pour la détermination des gaz à l'aide de la spectroscopie infrarouge moyen. Instrument Sci. Technol. 46, 1–11 (2017).

Google Scholar

Di Falco, A., O'Faolain, L. & Krauss, TF Guides d'ondes à dalle à fentes en cristal photonique. Photonique Nanostruct. Fondam. Appl. 6(1), 38–41 (2008).

Annonces d'article Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L. & Cassan, E. Analyse de sensibilité de guides d'ondes à cristaux photoniques à fentes en forme d'anneau pour la détection d'indice de réfraction dans l'infrarouge moyen. Opter. Quant. Électron. 51, 328 (2019).

Article Google Scholar

Nakamura, T., Takahashi, Y., Tanaka, Y., Asano, T. & Noda, S. Amélioration des facteurs de qualité pour les nanocavités à cristaux photoniques via la visualisation des composants qui fuient. Opter. Express 24, 9541–9549 (2016).

Article ADS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L., Boumaza, T. & Bouchemat, M. Propriétés optiques de la nanocavité à défaut ponctuel mise en œuvre dans un cristal photonique planaire avec divers matériaux de revêtement à faible indice de réfraction. Appl. Phys. B 121, 297–305 (2015).

Article ADS CAS Google Scholar

Nomura, M., Tanabe, K., Iwamoto, S. et Arakawa, Y. Conception à Q élevé d'une nanocavité à cristal photonique ultrapetite à base de semi-conducteurs. Opter. Express 18, 8144–8150 (2010).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Akahane, Y., Asano, T., Song, B.-S. & Noda, S. Nanocavité à cristaux photoniques à Q élevé affinée. Opter. Express 13, 1202–1214 (2005).

Article ADS PubMed Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L., Boumaza, T., Cassan, E. & Bouchemat, M. Amélioration du facteur Q dans la nanocavité L3 à cristal photonique plan à base de SiN pour la photonique intégrée dans la gamme des longueurs d'onde visibles. Optik Int. J. Light Electron Opt. 126, 3467–3471 (2015).

Article CAS Google Scholar

Kassa-Baghdouche, L., Boumaza, T. & Bouchemat, M. Optimisation du facteur Q dans une nanocavité à cristal photonique planaire non linéaire incorporant un matériau hybride silicium/polymère. Phys. Scr. 90(6), 065504 (2015).

Annonces d'article Google Scholar

Zaremanesh, M. et al. Biocapteur de température basé sur des cristaux phononiques à réseau triangulaire. Maître APL. 9, 061114 (2021).

Article ADS CAS Google Scholar

Renilkiumar, M. & Nair, P. Filtre de chute de canaux multi-longueurs d'onde largement accordable sur des tranches SOI orientées par gravure humide chimique anisotrope. (2012).

Ravera, S., Reyna-Neyra, A., Ferrandino, G., Amzel, LM & Carrasco, N. Le symporteur sodium/iodure (NIS) : physiologie moléculaire et applications précliniques et cliniques. Annu. Rév. Physiol. 79, 261-289 (2017).

Article CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Markos, P. & Soukoulis, CM Wave Propagation (Princeton University Press, 2008).

Livre MATH Google Scholar

Mansour, D. & Senouci, K. Transmission en mode défaut induite par une faible non-linéarité dans des cristaux photoniques parfaits unidimensionnels. Phys. Rév. B 101(4), 043830 (2020).

Article ADS CAS Google Scholar

Lidorikis, E., Busch, K., Li, Q., Chan, CT & Soukoulis, CM Propagation des ondes dans les structures linéaires et non linéaires. Phys. D Phénomène non linéaire. 113(2–4), 346–365 (1998).

Article ADS CAS MATH Google Scholar

Aspnes, DE & Studna, AA Fonctions diélectriques et paramètres optiques de Si, Ge, GaP, GaAs, GaSb, InP, InAs et InSb de 1,5 à 6,0 eV. Phys. Rév. B 27, 985–1009 (1983).

Article ADS CAS Google Scholar

Narrow, TL, Yoda, M. & Abdel-Khalik, SI Un modèle simple pour l'indice de réfraction des solutions aqueuses d'iodure de sodium. Exp. Fluides 28, 282-283 (2000).

Article CAS Google Scholar

Mehaney, A., Alrowaili, ZA, Elsayed, HA, Taha, TA et Ahmed, AM Enquêtes théoriques sur la résonance plasmonique de Tamm pour la surveillance des traces d'isoprène dans l'haleine expirée : vers des biomarqueurs de la fibrose hépatique chronique. Phys. Lett. A 413, 127610 (2021).

Article CAS Google Scholar

White, IM & Fan, X. Sur la quantification des performances des capteurs d'indice de réfraction résonnants. Opter. Express 16(2), 1020 (2008).

Article ADS PubMed Google Scholar

El Beheiry, M., Liu, V., Fan, S. & Levi, O. Amélioration de la sensibilité dans les biocapteurs à dalle de cristal photonique. Opter. Express 18(22), 22702 (2010).

Article ADS PubMed Google Scholar

Ahmed, AM, Mehaney, A. & Elsayed, HA Détection de traces de toluène dans l'air expiré en utilisant un PC 1D comme biomarqueur pour le diagnostic du cancer du poumon. EUR. Phys. J. Plus 136(6), 1–14 (2021).

Article Google Scholar

Sansierra, MC, Morrone, J., Cornacchiulo, F., Fuertes, MC & Angelomé, PC Détection de vapeurs organiques à l'aide de dispositifs basés sur le mode tamm construits à partir de couches minces d'oxyde mésoporeux. Chim. Nano. Tapis. 5, 1289-1295 (2019).

CAS Google Scholar

Aly, AH et al. Dispositif photonique bistable reconfigurable 1D composé d'un matériau à changement de phase pour la détection des hormones féminines reproductives. Phys. Scripta 96, 125533 (2021).

Annonces d'article Google Scholar

Huang, Q., Peh, J., Hergenrother, PJ & Cunningham, BT Biocapteur laser à cavité externe à cristal photonique poreux. Appl. Phys. Lett. 109(7), 071103 (2016).

Article ADS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sahu, S., Ali, J., Yupapin, PP et Singh, G. Résonateur à réseau de Bragg à base de silicium poreux pour biocapteur à indice de réfraction. Photon. Sens. 8(3), 248–254 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Olyaee, S., Najafgholinezhad, S. & Banaei, HA Biocapteur à cristal photonique sans étiquette à quatre canaux utilisant des résonateurs à nanocavité. Photon. Sens. 3(3), 231–236 (2013).

Article ADS CAS Google Scholar

Sahu, S., Ali, J., Yupapin, PP et Singh, G. Biocapteur optique basé sur un guide d'ondes à réseau modulé par gaine. Optik 166, 103-109 (2018).

Article ADS CAS Google Scholar

Huang, W. et al. Capteur d'indice de réfraction haute sensibilité basé sur un résonateur micro-anneau de chalcogénure Ge – Sb – Se. Infrarouge Phys. Technol. 116, 103792 (2021).

Article CAS Google Scholar

Raghunandhan, R. et al. Capteur interférométrique à fibre optique à base de chitosane/PAA pour la détection des ions de métaux lourds. Capteur. Actionneur. B 233, 31–38 (2016).

Article CAS Google Scholar

Abd El-Aziz, OA, Elsayed, HA & Sayed, MI Cristaux photoniques défectueux unidimensionnels pour la détection et la détection de protéines. Appl. Opter. 58(30), 8309. https://doi.org/10.1364/AO.58.008309 (2019).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Abadla, MM & Elsayed, HA Surveillance du biodiesel de soja basée sur les cristaux photoniques unidimensionnels comprenant du silicium poreux. Appl. Opter. 59(2), 418–424 (2020).

Article ADS CAS PubMed Google Scholar

Télécharger les références

Financement en libre accès fourni par The Science, Technology & Innovation Funding Authority (STDF) en coopération avec The Egyptian Knowledge Bank (EKB).

Groupe TH-PPM, Département de Physique, Faculté des Sciences, Université Beni-Suef, Beni Suef, 62512, Egypte

Ahmed Mehaney & Hussein A. Elsayed

Département de physique, Faculté des sciences, Université Al-Aqsa, Gaza, Autorité palestinienne, Palestine

Mazen M. Mangeurs

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

Vous pouvez également rechercher cet auteur dans PubMed Google Scholar

MA a conçu les idées principales et effectué des simulations numériques. HE et AM ont discuté des résultats et ont fait la conclusion finale, l'examen, l'édition et la révision. Tous les auteurs ont contribué au manuscrit final.

Correspondance à Ahmed Mehaney.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

Springer Nature reste neutre en ce qui concerne les revendications juridictionnelles dans les cartes publiées et les affiliations institutionnelles.

Libre accès Cet article est sous licence Creative Commons Attribution 4.0 International, qui autorise l'utilisation, le partage, l'adaptation, la distribution et la reproduction sur tout support ou format, à condition que vous accordiez le crédit approprié à l'auteur ou aux auteurs originaux et à la source, fournissez un lien vers la licence Creative Commons et indiquez si des modifications ont été apportées. Les images ou tout autre matériel de tiers dans cet article sont inclus dans la licence Creative Commons de l'article, sauf indication contraire dans une ligne de crédit au matériel. Si le matériel n'est pas inclus dans la licence Creative Commons de l'article et que votre utilisation prévue n'est pas autorisée par la réglementation légale ou dépasse l'utilisation autorisée, vous devrez obtenir l'autorisation directement du détenteur des droits d'auteur. Pour voir une copie de cette licence, visitez http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Réimpressions et autorisations

Mehaney, A., Abadla, MM & Elsayed, HA Biocapteurs basés sur de nouveaux cristaux photoniques non linéaires à fonction delta comprenant de faibles non-linéarités. Sci Rep 12, 17674 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-22210-3

Télécharger la citation

Reçu : 15 juillet 2022

Accepté : 11 octobre 2022

Publié: 21 octobre 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-22210-3

Toute personne avec qui vous partagez le lien suivant pourra lire ce contenu :

Désolé, aucun lien partageable n'est actuellement disponible pour cet article.

Fourni par l'initiative de partage de contenu Springer Nature SharedIt

Rapports scientifiques (2023)

En soumettant un commentaire, vous acceptez de respecter nos conditions d'utilisation et nos directives communautaires. Si vous trouvez quelque chose d'abusif ou qui ne respecte pas nos conditions ou directives, veuillez le signaler comme inapproprié.