四川师范大学物理与电子工程学院郑杰副研究员与李玲教授等人在物理化学领域知名期刊《Physical Chemistry Chemical Physics》（PCCP）上发表了题为“Multi-band optical resonance of all-dielectric metasurfaces toward high-performance ultraviolet sensing”的研究论文。该论文郑杰副研究员为第一作者，四川师范大学为第一完成单位，郑杰副研究员和李玲教授为共同通讯作者。《Physical Chemistry Chemical Physics》是英国皇家化学会（RSC）旗下经典期刊，目前影响因子约为3.3，为中科院二区物理化学类期刊。
全介质超表面因其低光学损耗和丰富的米氏共振特性，被视为替代等离激元传感平台的重要方向。然而，传统全介质传感器的电磁能量通常被束缚在纳米颗粒内部，导致“热点”难以与待测物有效接触，极大限制了其在紫外波段的传感性能。针对这一难题，研究团队创新性地采用纳米球自组装结合等离子体增强化学气相沉积（PECVD）技术，制备了大面积、高度有序的六角密排氮化硅超表面。通过精确控制纳米颗粒间隙，成功将电场热点从材料内部调控至颗粒表面。实验与模拟结果表明，该氮化硅超表面在紫外-可见光范围内同时激发多个共振模式（波长覆盖327 nm至506 nm），且各模式均对周围介质折射率变化表现出显著的光谱移动。在痕量检测测试中，传感器在紫外波段的灵敏度达655 nm/RIU，可见波段高达707 nm/RIU。该工作不仅为紫外波段的高灵敏度无标记传感提供了新途径，也展示了氮化硅材料在CMOS兼容纳米光子器件中的巨大应用潜力。
该研究成果于2023年7月正式发表，见Phys. Chem. Chem. Phys., 2023, 25, 20026。研究工作得到了国家自然科学基金（项目号：12104329、12104326、62105228）和四川省自然科学基金青年项目（项目号：2023NSFSC1305）的资助。
图1 Si3N4全介质超表面装置图。(a)Si3N4超表面结构参数示意图，(b)Si3N4六方阵列表面形貌图，(c)Si3N4超表面的横截面图。
图2 Si3N4超表面传感器检测结果。
论文链接：https://doi.org/10.1039/d3cp02634e
编辑：苏亚荣 审核：闫从华 终审：廖磊
