La detección ultrasensible de partículas a nanoescala tiene aplicaciones en campos importantes que van desde el monitoreo ambiental hasta el análisis de estructuras virales. Sin embargo, sigue siendo extremadamente difícil debido a la polarización ultrabaja de partículas de bajo índice. Un equipo dirigido por el profesor Xiao Yun-Feng de la Universidad de Pekín, colaboró ​​con la Universidad Yonsei de la República de Corea, demostraron experimentalmente que la interacción disipativa en una microcavidad óptica de alto Q permite la detección de nanopartículas individuales. Este trabajo ha sido publicado en un número reciente de Revisión física aplicada .

En los ultimos años, Las microcavidades ópticas de alta Q han mostrado un gran potencial en aplicaciones de detección debido a la interacción luz-materia fuertemente mejorada en ellas. El mecanismo de detección convencional, sin embargo, tiene que depender de la interacción reactiva La detección reactiva está limitada por la polarizabilidad de la partícula, y fallará cuando la parte real de la polarizabilidad se acerque a cero. En la publicación, los autores señalaron que la interacción disipativa abre un canal del decaimiento del modo de cavidad y da como resultado el cambio de ancho de línea de resonancia, que forma un esquema de detección eficaz incluso cuando la parte real de la polarización del analito se acerca a cero, porque la magnitud de la señal está determinada por la pérdida de absorción y la dispersión lateral de la partícula.

En el experimento, La detección de nanovarillas de oro individuales se utiliza para evaluar el rendimiento de la detección ". La nanovarilla de oro del tamaño de 40 nm × 16 nm es un candidato perfecto para probar el sensor de microcavidad por dos razones. Una es que la polarizabilidad de esta nanopartícula se puede ajustar variando la longitud de onda de la sonda. La otra es que la resonancia del plasmón de superficie de la partícula de esta dimensión coincide con una de las longitudes de onda de nuestra sonda en el experimento, en el que la parte real de la polarizabilidad se vuelve cero, lo más probable es que invalide el método de detección reactiva, pero fortaleciendo al disipativo, "dijo el Dr. YanyanZhi, investigador postdoctoral y uno de los primeros coautores de este trabajo.

Los investigadores examinaron experimentalmente los métodos de detección reactiva y disipativa al monitorear el cambio de modo y el cambio de ancho de línea de la resonancia de la cavidad de Q alto. respectivamente. Descubrieron que la señal de detección reactiva no se puede distinguir de los ruidos cuando la longitud de onda de la sonda está en resonancia plasmónica donde la polarizabilidad de la nanovarilla se acerca a cero; el método de detección disipativo propuesto todavía funciona bien, lo cual es consistente con las predicciones teóricas. El límite de detección anticipado puede alcanzar 13 nm × 5 nm, que es aproximadamente 12 veces más pequeño en volumen que el que puede detectarse mediante el método de detección reactiva.

Este método de detección disipativa no solo proporciona un nuevo mecanismo físico de detección de microcavidades, pero también representa un paso significativo hacia sensores ópticos prácticos en áreas de química analítica, ciencia medioambiental, y biología molecular.

"Prácticamente, está listo para que tanto el cambio de modo como el cambio de ancho de línea del modo de cavidad se puedan medir simultáneamente, y por lo tanto, los métodos de detección reactivo común y disipativo propuesto son compatibles entre sí, "dijo el profesor Xiao, "La combinación de esos dos métodos de detección agrega nuevas dimensiones a lo que se puede medir usando cada uno de los dos métodos por sí solos. El método de detección disipativa que utiliza una microcavidad de alta Q ofrece una gran plataforma para la detección de pequeñas partículas individuales, como virus vital, partículas en el aire contaminado, partículas con pérdida en el proceso de fabricación, y otras nanopartículas de interés ".