用于降低散粒噪声、实现ppb级氢气检测的混合等离子体耦合模超表面设计

《Advanced Optical Materials》：Hybrid Plasmonic Coupled-Mode Metasurface Design for Shot-Noise Limited Ppb-Level Hydrogen Detection

等离子体氢传感器通过耦合Pd基表面等离子体共振结构与Au膜表面等离子体极化波模式（Au-SPP），实现高Q值共振与氢敏感度协同提升，检测极限较传统设计提高三倍，为ppb级氢检测提供新路径。

　　

摘要

等离子体氢传感器通过利用局域表面等离子体共振（LSPR）结构提高了灵敏度，实现了低于百万分之一（ppm）范围内的氢检测。然而，用于氢检测的主要等离子体金属钯（Pd）自身的光学损耗导致LSPR的品质因数（Q）较低，这从根本上限制了其进一步改进。在这项工作中，提出了一种混合等离子体超表面，它将基于Pd的LSPR结构与支持表面等离子体极化子模式（Au-SPP）的金膜（Au）相结合。这种耦合的近乎完美的吸收体共振产生了光谱狭窄、高Q值的响应，既保持了对氢的强灵敏度，又提高了共振的局域化程度。数值分析表明，在受散粒噪声限制的条件下，检测限（LoD）相比现有技术设计可以提高三倍以上。因此，这种混合等离子体耦合模式超表面为实现百万分之一（ppb级别）的氢检测提供了有前景的途径，并提升了光谱精度和鲁棒性。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。