La detección de temperatura óptica no invasiva es esencial para el monitoreo remoto de los procesos de fabricación. en situaciones en las que la muestra debe aislarse del medio ambiente, a temperaturas extremas o que cambian rápidamente, y en presencia de campos magnéticos fuertes y variables. Los sensores de temperatura ópticos miden los cambios de frecuencia de las resonancias ópticas y, a menudo, requieren trayectorias ópticas largas para compensar los coeficientes termoópticos muy pequeños de los materiales.

Sin embargo, una fase de luz es una variable cíclica, que no está definido en el punto de una interferencia destructiva completa, y varía rápidamente en las proximidades de este punto. Por ejemplo, un cambio de fase de la onda plana reflejada desde una interfaz plana exhibe un comportamiento singular en frecuencias donde la reflectancia de la superficie desaparece. Las características espectrales asimétricas estrechas en la respuesta de fase del sensor cerca de puntos singulares son muy sensibles a cualquier cambio ambiental y pueden usarse para mejorar la sensibilidad de los sensores remotos con transducción óptica.

Las metasuperficies plasmónicas se pueden diseñar para lograr la condición de fase singular, sin embargo, esto suele requerir un diseño electromagnético complejo y técnicas de fabricación de bajo rendimiento, como la litografía por haz de electrones. En una obra nueva un equipo internacional dirigido por una investigadora del MIT, la Dra. Svetlana Boriskina, desarrolló una plataforma de detección de fase única plana simple y robusta para la detección remota de temperatura, que no requiere nano-patrones y exhibe un comportamiento de fase singular debido a la excitación de estados de superficie de Tamm protegidos topológicamente.

Los investigadores diseñaron estados de Tamm en interfaces de material planas entre películas delgadas de metal y dieléctricas utilizando el principio de correspondencia de límite-volumen adoptado de la física de los materiales topológicos y el enfoque de adaptación de impedancia conjugada tomado de la teoría de la antena. Demostraron detección de temperatura de fase singular con una mejora de más de un orden de magnitud en la sensibilidad del sensor y una mejora de más de dos órdenes de magnitud en la figura de mérito sobre el enfoque estándar de medición de cambios de características resonantes en los espectros de reflectancia del mismo sensor.

Las estructuras planas que soportan los estados interfaciales de Tamm se pueden fabricar utilizando una variedad de materiales, incluidos los compatibles con tecnologías estándar de semiconductores de óxido metálico complementario (CMOS). Las longitudes de onda resonantes de los sensores Tamm son altamente sintonizables, y no dependen directamente de la frecuencia de plasma del material absorbente. Los sensores se pueden fabricar de forma rápida y a gran escala mediante técnicas de deposición catódica o de vapor.

A diferencia de los sensores plasmónicos con patrones nano, Los detectores planos de Tamm se pueden utilizar en condiciones ambientales adversas, incluyendo atmósferas corrosivas y altas temperaturas, que puede causar una degradación severa de la textura de la superficie nanoestructurada. Aunque los absorbedores de Tamm desarrollados solo se caracterizaron como sensores de temperatura, ofrecen un sencillo, plataforma sensible y sintonizable para una amplia variedad de aplicaciones de detección, incluido el monitoreo de eventos de unión bioquímica / bioquímica de superficie y detección ambiental.

Los resultados de este trabajo se informan en el Fotónica ACS artículo "Ingeniería topológica de estados Tamm ópticos interfaciales para detección óptica de fase casi singular altamente sensible".