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前沿 | 介质超表面赋能太赫兹传感：机制、工艺及多场景应用

前沿 | 介质超表面赋能太赫兹传感：机制、工艺及多场景应用 两江科技评论
2025-02-06
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导读：近日厦门大学叶龙芳副教授、于大全教授与台湾阳明交通大学曾銘綸教授合作，联合博士生陈雪儿及硕士生辛姗姗、刘青、孟亦寒，在期刊Nanophotonics上发表综述文章，对介质超表面太赫兹传感器的原理机制、

1. 导读

太赫兹技术因其非电离特性和对弱相互作用的高灵敏度，在传感应用领域受到广泛关注。介质超表面凭借低损耗、高Q值及卓越的电磁共振调控能力，已成为一种太赫兹多场景传感应用的新兴平台，展现出广阔的应用前景。
近日，厦门大学叶龙芳副教授、于大全教授与台湾阳明交通大学曾銘綸教授合作，联合博士生陈雪儿及硕士生辛姗姗、刘青、孟亦寒，应邀在期刊《Nanophotonics》上发表综述文章《Dielectric Metasurface-Assisted Terahertz Sensing: Mechanism, Fabrication, and Multi-Scenario Applications》，对介质超表面太赫兹传感器的原理机制、制备工艺及其多场景应用进行了系统的回顾与展望。

2.综述速览

介质超表面通过设计亚波长微结构，可实现对电磁波的振幅、相位和极化前所未有的精确控制，从而显著增强光与物质的相互作用。得益于其低光损耗、低热损耗、高Q值特性以及同时具备电共振和磁共振优势，介质超表面已成为高灵敏度太赫兹传感的理想平台，推动了太赫兹传感技术的迅速发展（图1）。

图1 太赫兹介质超表面在生物传感领域的重要进展

该综述文章首先概述了介质超表面实现高Q共振的原理机制，包括法诺谐振、连续域束缚态、电磁诱导透明、米氏谐振及多极分解；其次，详细介绍了多种先进的超表面工艺制备技术及其发展水平，如光刻与蚀刻、自组装、激光微加工及3D打印直写等方法；随后，系统梳理了介质超表面在太赫兹频段的多种传感应用场景，包括生物分子传感、生物医学检测、环境监测及手性传感等（图2），并突出了其在太赫兹指纹光生物传感应用中的重要价值。

图2 太赫兹介质超表面在生物传感领域的典型应用

最后，论文总结了介质超表面传感器领域的研究成果与挑战，并对其未来的发展及应用进行了展望。与传统金属超表面相比，介质超表面具备低损耗、高灵敏度以及可支持无标记、非侵入性检测的能力，在太赫兹传感方面展现出显著优势。通过采用硅等生物相容性材料，介质超表面传感平台表现出优异的化学稳定性，能够实现动态生物过程的实时监测，如分子反应、细胞代谢及药物相互作用等。凭借这些特性，介质超表面有望推动太赫兹传感技术在医疗、环境及生物领域的变革性应用。

该工作得到了国家自然科学基金、广东省、厦门市、深圳市自然科学基金、台湾玉山学者计划等项目的支持。


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