حسگر پلاسمونی بسیار کارآمد مبتنی بر فلز آلومینیوم و مواد دو بعدی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 هیات علمی

2 دانشکده مهندس برق-دانشگاه صنعتی سهند

چکیده

در این مقاله، مشخصات حسگر تشدید پلاسمون سطحی با ساختار کرچمن مبتنی بر فلز آلومینیوم و لایه‌های مواد دو بعدی با تغییر و بهینه‌سازی تعداد لایه‌ها و ضخامت آنها مورد بررسی و مطالعه قرار گرفته است. در راستای فرآیند بهینه‌سازی با تاکید بر استفاده از فلز آلومینیوم به عنوان فلز پایه به جهت صرفه اقتصادی حسگر و استفاده از مواد دو بعدی و فلزات واسطه دی‌کالکوژنید به خاطر نسبت سطح به حجم بالای این مواد در جهت کمک به بهبود حساسیت، ساختار با ترکیب CaF2/Al/Al2O3/2LGraphene./10L Black Posphorous به عنوان ساختار بهینه انتخاب شده است. حسگر ارائه شده مبتنی بر رزونانس پلاسمون سطحی، حساسیت deg/RIU 304S=، عدد شایستگی RIU-1 871/194 FOM=، حداقل بازتاب 14/0 Rmin= و پهنای باند در نصف بیشینه دامنه deg 56/1FWHM= را ارائه می‌دهد و پتانسیل بالایی برای استفاده در زیست حسگری دارد. بهینه‌سازی و مطالعه ساختار پیشنهادی که مبتنی بر جابجایی زاویه عمل می‌کند، با استفاده از روش ماتریس انتقال و نرم‌افزار لومریکال صورت گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Highly efficient SPR sensor based on Al metal and 2D materials

نویسندگان [English]

  • Mina Noori 1
  • Ali Tolouei 2
1 Department of Electrical Engineering, Sahand University of Technology, Tabriz, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Sahand University of Technology
چکیده [English]

In this article, the characteristics of the proposed surface plasmon resonance sensor with Kretschmann configuration is investigated. The proposed sensor consists of aluminum metal and two-dimensional materials for which the the number of layers and their thickness have been optimized to achieve the highest sensitivity. In the proposed sensor, the aluminum metal has been used due to its low cost and the two-dimensional materials and transition metal dichalcogenides are used due to their high surface to volume ratio which assist to obtain high sensitivity. The structure comprised of CaF2/Al/Al2O3/2L Graphene/10L Black Phosphorous is the optimal structure. The presented sensor based on surface plasmon resonance, provides sensitivity of S=304 deg/RIU, figure of merit of FOM=194.871 RIU-1, minimum reflectance of Rmin=0.14, and the full width at half maximum of FWHM=1.56 deg and it is usable as a biosensor. The optimization and the study of the proposed structure which is based on angular interogation, has been carried out using the transfer matrix method and implementing Lumerical software.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Surface plasmon resonance
  • Transition metal dichalcogenides
  • Kretschmann
  • Transfer matrix method